KR100594289B1

KR100594289B1 - 크롬리스 위상 반전 마스크 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100594289B1
Application number: KR1020040057546A
Authority: KR
Inventors: 김성혁; 신인균
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-07-23
Filing date: 2004-07-23
Publication date: 2006-06-30
Also published as: US20060019176A1; KR20060007931A; JP2006039552A

Abstract

종래의 크롬리스 위상 반전 마스크로는 구현할 수 없었던 현상 후 CD(ADI CD : After Development Inspection CD)를 구현할 수 있는 크롬리스 위상 반전 마스크 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명의 크롬리스 위상 반전 마스크는 마스크 기판, 및 이 마스크 기판을 식각하여 마련된 다수의 위상 반전부를 포함한다. 여기서, 다수의 위상 반전부는 서로 다른 식각 깊이를 가진다.

Description

크롬리스 위상 반전 마스크 및 그 제조방법{Chrome-less phase shift mask and method of fabricating the same}

도 1은 종래 크롬리스 위상 반전 마스크의 디자인 CD(Critical Dimension)에 따른 현상 후 CD(ADI CD : After Development Inspection CD)의 변화를 도시한 그래프이다.

도 2는 종래 80nm와 90nm의 ADI CD를 동시에 구현하기 위한 포토 마스크의 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 크롬리스 위상 반전 마스크의 단면도이다.

도 4 내지 도 11은 도 3의 크롬리스 위상 반전 마스크를 제조하는 방법을 설명하기 위한 공정 단면도들이다.

도 12는 본 발명의 크롬리스 위상 반전 마스크를 제조하는 방법의 제2 실시예를 설명하기 위한 순서도이다.

도 13은 본 발명에 따른 크롬리스 위상 반전 마스크의 디자인 CD에 따른 ADI CD의 변화를 도시한 그래프로서, 위상차를 150도에서부터 180도까지 5도씩 증가시켜 가며 얻은 시뮬레이션 그래프이다.

도 14는 본 발명에 따른 시뮬레이션에서 위상차가 165도일 때의 공정 마진을 나타내는 도면이다.

도 15는 본 발명에 따른 시뮬레이션에서 위상차가 180도일 때의 공정 마진을 나타내는 도면이다.

본 발명은 반도체 소자 제조를 위한 위상 반전 마스크 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 크롬리스 위상 반전 마스크 및 그 제조방법에 관한 것이다.

디자인 룰(design rule)의 감소가 가속화되면서, 반도체 제조공정의 공정 마진도 계속 작아지고 있다. 특히, 포토리소그라피 공정의 경우 현재 KrF 광원을 대체하여 ArF 광원, F₂ 광원을 이용하기 위한 연구가 진행되고 있지만, ArF 광원 등을 양산 공정에 적용하기 위해서는 아직 해결 과제가 남아 있다. 따라서, 기존 광원, 예컨대 KrF 광원을 사용하여 종전보다 미세한 패턴을 형성하기 위하여, 해상력 향상 기술(Resolution Enhancement Technology : RET)에 대한 연구도 현재 활발히 진행되고 있다.

RET 중의 한 가지는 위상 반전 마스크(Phase Shift Mask : PSM)를 사용하는 것이다. 위상 반전 마스크는 기존의 석영 기판과 크롬 패턴으로 형성된 바이너리 마스크(Binary Mask : BM)를 대신하는 새로운 유형의 마스크로서, 위상 반전을 이용하여 해상력을 향상시키는 기술이다. 위상 반전 마스크에는, 크롬으로 형성된 불투광 패턴 상에 위상 반전용 물질막 패턴을 형성하는 림-쉬프트-PSM(rim-shift-PSM), 위상차를 유도하고 또한 위상차를 일으킨 빛이 적정 투과율로 투과될 수 있도록 하기 위하여 불투광 크롬 패턴을 하프-톤 필름(half-tone film)으로 대체하여 형성하거나 또는 기존의 BM에 Mo로 형성된 막을 추가하는 어테뉴에이티드 PSM(attenuated PSM : attPSM) 또는 하프톤 PSM, 석영 기판의 투광 영역 상에 위상 반전용 물질막을 교대로(alternatively) 형성하거나 석영 기판의 투광 영역에 위상 반전을 위한 리세스를 교대로 형성하는 ALT-PSM(alternating-PSM) 또는 크롬리스 위상 반전 마스크 등이 있다.

이 중에서 현재 attPSM이 고집적 반도체 소자의 양산 공정에 가장 널리 사용되고 있다. 하지만, attPSM은 5% 내지 20%의 투과율을 갖는 막을 사용하기 때문에 사이드 로브(side lobe)가 발생하는 문제점이 있다. 사이드 로브 현상을 억제할 수 있는 불투광 패턴을 추가적으로 형성하면 사이드 로브가 발생하는 문제점을 해결할 수 있지만, 이것은 새로운 공정을 추가시킴으로써 마스크의 제조를 위한 공정 시간(Turn Around Time : TAT)을 증가시키고 수율을 감소시키는 문제점이 있다. 그리고, Mo막을 사용하면 헤이즈(haze) 현상이 발생하는 문제점이 있다. 헤이즈 현상이란 공정 초기의 attPSM에는 결함(defect)이 없는 상태였지만, 일정한 공정 횟수가 경과되고 나면 attPSM의 전면에 갑자기 결함이 발생하여 전체 웨이퍼의 수율을 0%로 만드는 것을 말한다. 그러므로, 헤이즈 현상이 발생하는 것을 방지하기 위해서는 주기적으로 attPSM을 세정해 주어야 하는 문제점이 있다. 그리고, 세정을 주기적으로 실시하더라도 헤이즈 현상이 발생하는 것을 완전하게 방지할 수는 없다.

attPSM을 사용함에 따른 사이드 로브 현상 및/또는 헤이즈 현상을 회피할 수 있으며 동시에 좀 더 나은 해상력을 확보할 수 있는 방법이 모색되고 있다. 그 중 한가지 방법이 크롬을 사용하지 않고 위상 쉬프터(위상 반전 패턴)만으로 미세 패턴을 웨이퍼 상에 구현하는 크롬리스 위상 반전 마스크이다. 크롬리스 위상 반전 마스크의 위상 쉬프터는 마스크 기판을 소정 깊이만큼 식각하여 마련된다. 다시 말해, 크롬리스 위상 반전 마스크의 위상 반전부를 구성하는 위상 쉬프터는 마스크 기판을 소정 깊이만큼 식각하여 마련된 리세스로 구성된다.

그런데, 크롬리스 위상 반전 마스크가 가지고 있는 다음과 같은 근본적인 한계로 인해 반도체 소자 제조 적용에 많은 어려움이 있다.

도 1은 크롬리스 위상 반전 마스크의 디자인 CD(Critical Dimension)에 따른 현상 후 CD(ADI CD : After Development Inspection CD)의 변화를 도시한 그래프이다.

도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 종래의 크롬리스 위상 반전 마스크에서는 디자인 CD를 아무리 증가시켜도 ADI CD가 더 이상 증가하지 않는 영역(A)이 존재하며, 그 영역 이상의 디자인 CD에서는 ADI CD가 오히려 감소하는 영역이 있다. 이러한 영역을 크롬리스 위상 반전 마스크 CD 데드-존(dead-zone)이라고 한다. 도 1에서와 같이, 최적의 콘트라스트를 보이는 디자인 CD가 70nm이고 위상차가 180도인 조건에서는 최대 90nm까지의 ADI CD를 확보할 수 있다. 그리고, 80nm의 디자인 CD까지는 ADI CD가 80nm로 확보되어 크롬리스 위상 반전 마스크를 사용할 수 있지만, 그 이상의 디자인 CD에서는 ADI CD가 오히려 감소하여 크롬리스 위상 반전 마스크를 사용할 수 없다.

따라서, 종래에는 하나의 포토 마스크로 80nm와 90nm의 ADI CD를 동시에 구현하여야 하는 경우에는 도 2에서와 같은 단면을 가지는 포토 마스크를 제조하여 이용하고 있다. 도 2를 참조하면, 80nm ADI CD는 마스크 기판(10)을 식각하여 리세스(15)를 형성, 크롬리스 위상 반전 마스크(20) 형태로 구현하고, 크롬리스 위상 반전 마스크로는 구현할 수 없는 90nm ADI CD는 마스크 기판(10)에 크롬 패턴(25)을 형성하여 BM(30) 형태로 구현한다.

그러나, BM은 크롬리스 위상 반전 마스크에 비해 공정 마진이 떨어지므로 크롬리스 위상 반전 마스크의 CD 데드-존을 제거하여 80nm 이상의 ADI CD도 구현할 수 있다면 바람직할 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, CD 데드-존을 제거하여 다양한 ADI CD를 구현할 수 있는 크롬리스 위상 반전 마스크를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, CD 데드-존을 제거하여 다양한 ADI CD를 구현할 수 있는 크롬리스 위상 반전 마스크 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 크롬리스 위상 반전 마스크는 마스크 기판, 및 상기 마스크 기판을 식각하여 마련된 다수의 위상 반전부를 포함한다. 여기서, 상기 다수의 위상 반전부는 서로 다른 식각 깊이를 가진 것이 특징이다.

본 발명에 따른 크롬리스 위상 반전 마스크에 있어서, 상기 다수의 위상 반전부의 너비는 서로 동일하다. 그리고, 상기 크롬리스 위상 반전 마스크를 이용한 현상 후 CD(ADI CD : After Development Inspection CD)는 80nm 이하인 제1 현상 후 CD와 이보다 큰 제2 현상 후 CD를 포함할 수 있다. 또한, 상기 다수의 위상 반전부 중 가장 깊은 식각 깊이를 가지는 위상 반전부가 180도 이하 위상차를 일으키는 것이 바람직하다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 크롬리스 위상 반전 마스크의 제조방법의 일 태양은, (a)마스크 기판을 식각하여 다수의 위상 반전부를 형성하는 단계; 및 (b)상기 다수의 위상 반전부 중 일부 위상 반전부를 더 식각하여 위상차를 조절하는 단계를 포함한다.

여기서, 더 식각하는 깊이를 달리하여 상기 (b) 단계를 수행하는 단계를 1회 이상 포함할 수 있다. 그리고, 상기 다수의 위상 반전부 중 가장 깊은 식각 깊이를 가지는 위상 반전부가 180도 이하 위상차를 일으키게 형성할 수 있다. 또한, 상기 다수의 위상 반전부의 너비는 서로 동일하게 형성하는 것이 바람직하다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 크롬리스 위상 반전 마스크의 제조방법의 다른 태양에서는, 마스크 기판의 전면에 다수의 리세스 타입 위상 반전부 형성을 위한 제1 레지스트 패턴을 형성한다. 상기 제1 레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 마스크 기판을 식각하여 제1 깊이를 가지는 다수의 위 상 반전부를 형성한 다음, 상기 제1 레지스트 패턴을 제거한다. 상기 다수의 위상 반전부 중 일부 위상 반전부를 노출시키는 제2 레지스트 패턴을 형성한 다음, 상기 제2 레지스트 패턴에 의해 노출된 상기 일부 위상 반전부를 더 식각하여 제2 깊이를 가지는 위상 반전부를 형성한다. 상기 제2 레지스트 패턴을 제거한다.

여기서, 상기 제1 및 제2 레지스트 패턴을 형성하는 단계들 전에 마스크 기판 전면에 HMDS(HexaMethylDisilazane) 처리하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

바람직한 실시예에서는, 상기 제1 레지스트 패턴을 형성하는 단계 전에 상기 마스크 기판의 전면에 크롬막을 형성하는 단계와, 상기 제1 레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 크롬막을 식각함으로써 크롬막 패턴을 형성하는 단계를 더 포함한다. 이렇게 하여, 상기 제1 깊이의 위상 반전부를 형성하는 단계는 상기 크롬막 패턴 및 상기 제1 레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 수행하고, 상기 크롬막 패턴은 상기 제2 레지스트 패턴을 제거하는 단계에서 제거한다.

상기 제1 깊이 및 제2 깊이의 위상 반전부를 형성하는 단계들은 건식 식각과 습식 식각을 혼용하여 수행할 수 있으며, CF₄ + O₂계 가스를 이용한 반응성 건식 식각 방법에 의하여 수행하여도 된다. 상기 제1 깊이 및 제2 깊이의 위상 반전부 형성시 각각 다단계로 나누어 수행하되, 위상 조절(phase control)과 균일도(uniformity) 향상을 위해 각 단계마다 식각율을 산출하여 그 다음 단계에 적용하는 것이 바람직하다.

상기 제2 깊이의 위상 반전부가 180도 이하 위상차를 일으키게 형성할 수 있으며, 상기 다수의 위상 반전부의 너비는 서로 동일하게 형성하는 것이 바람직하다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 크롬리스 위상 반전 마스크의 제조방법의 또 다른 태양에서는, 마스크 기판을 식각하여 형성한 다수의 위상 반전부가 150도 위상차를 일으킨다는 가정 하에 상기 위상 반전부의 디자인 CD(Critical Dimension)를 변화시켜 가며 현상 후 CD(ADI CD : After Development Inspection CD)를 계산한 다음, 최적의 콘트라스트를 얻을 수 있는 최적(optimum) 디자인 CD를 선정한다. 상기 최적 디자인 CD에서 최소 목표 현상 후 CD(minimum target ADI CD)를 얻게 하는 적정 도즈(proper dose)를 찾아낸 후, 상기 최적 디자인 CD와 상기 적정 도즈에서 상기 다수의 위상 반전부가 일으키는 위상차를 150도에서부터 180도까지 단계적으로 변화시키며 현상 후 CD를 계산한다. 150도와 180도 사이에서, 제1 현상 후 CD를 나타낼 수 있는 제1 위상차와, 상기 제1 현상 후 CD보다 큰 제2 현상 후 CD를 나타낼 수 있는 제2 위상차를 찾는다. 그런 다음, 마스크 기판을 식각하여 상기 제1 위상차를 일으키며 너비가 상기 최적 디자인 CD인 다수의 위상 반전부를 형성하고, 상기 다수의 위상 반전부 중 일부 위상 반전부를 더 식각하여 상기 제2 위상차를 일으키도록 식각 깊이를 연장한다.

이러한 제조방법에 있어서, 상기 최적 디자인 CD를 선정하는 단계는 상기 디자인 CD에 따른 콘트라스트 곡선을 그려보아 최적의 포커스를 보이는 디자인 CD를 상기 최적 디자인 CD로 선정하는 것이 바람직하다. 상기 다수의 위상 반전부가 일 으키는 위상차를 150도에서부터 180도까지 단계적으로 변화시키며 현상 후 CD를 계산하는 단계에서는 위상차를 5도씩 증가시켜 가며 계산할 수 있다. 상기 제1 현상 후 CD는 80nm 이하이고 제2 현상 후 CD는 80nm 이상일 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 크롬리스 위상 반전 마스크는 위상 반전부의 식각 깊이를 달리하여 위상차를 조절함으로써 크롬리스 위상 반전 마스크의 CD 데드-존을 제거한다. 이로써, 다양한 현상 후 CD를 하나의 크롬리스 위상 반전 마스크로 구현할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 요소를 지칭한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 기술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 사상 및 범주 내에 포함될 수 있는 대안, 변형 및 등가를 포함한다. 또한, 후속하는 본 발명의 상세한 설명에서 다수의 특정 세부는 본 발명의 완전한 이해를 돕기 위해 제공된 것이다. 그러나, 당 분야에서 숙련된 자라면 이들 특정 세부가 없이도 본 발명이 실시될 수 있음을 명백히 알 것이다.

본 발명의 크롬리스 위상 반전 마스크는 다양한 미세 전자 소자의 제조에 적용되는 포토 마스크이다. 본 발명의 크롬리스 위상 반전 마스크는 DRAM 이외에도, SRAM, 플래시 메모리 소자 등의 고집적회로 반도체 메모리 소자, CPU(Central Processor Unit), DSP(Digital Signal Processor), CPU와 DSP의 조합 등의 프로세 서, ASIC(Application Specific Integrated Circuit), MEM's(Micro Electro Mechanics) 소자, 광전자(optoelectronic) 소자, 디스플레이 소자(display device) 등의 제조에 적용될 수 있다. 그러나, 이들은 예시적인 것에 불과하다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 크롬리스 위상 반전 마스크는 마스크 기판(110), 및 마스크 기판(110)을 식각하여 마련된 다수의 위상 반전부(130, 140)를 포함한다. 마스크 기판(110)은 노광원(예., i-라인, KrF 엑시머 레이저 또는 ArF 엑시머 레이저)의 조명에 대해 투명하다. 예를 들어, 마스크 기판(110) 재질은 유리, 퓨즈드 실리카(fused silica) 또는 쿼츠(quartz)이다. 다수의 위상 반전부(130, 140)의 너비(w)는 서로 동일하다. 그러나, 위상 반전부(130, 140)는 서로 다른 식각 깊이(d1, d2)를 가진다. 위상 반전부(130, 140) 중 가장 깊은 식각 깊이를 가지는 위상 반전부(140)는 180도 이하 위상차를 일으키는 것이 바람직하다.

일반적으로, 리세스 타입 위상 반전부에 의한 위상차 △Φ와 식각 깊이 t 사이에는 마스크 기판(110)의 굴절률을 n_i, 노광원의 파장을 λ라 할 때 다음의 관계식이 성립한다.

△Φ=2π(n_i-1)t/λ

예를 들어, 마스크 기판(110) 재질이 퓨즈드 실리카인 경우, 180°위상차를 일으키기 위한 식각 깊이(t)는 파장(λ)이 248nm인 KrF 엑시머 레이저 이용시 2470 Å이고, 파장(λ)이 193nm인 ArF 엑시머 레이저 이용시 1850Å이다. 특히, 마스크 기판(110) 재질이 쿼츠인 경우, 식각 깊이가 13.4Å씩 깊어질 때마다 위상차는 대략 1°씩 증가하는 것으로 계산된다. 상기 수학식 1에서 보듯이, 동일한 파장(λ)에서는 식각 깊이(t)가 깊을수록 위상차(△Φ)가 커지므로, 식각 깊이(t)가 깊을수록 조명 강도가 감소한다.

다수의 위상 반전부(130, 140)가 서로 다른 식각 깊이를 가지기 때문에, 위상 반전부(130, 140)가 일으키는 위상차는 서로 다르다. 위상 반전부(140)의 식각 깊이(d2)가 더 크므로, 위상 반전부(140)가 일으키는 위상차가 더 크다. 위상차가 클수록 조명 강도가 감소하여 웨이퍼에 전사되는 ADI CD는 증가한다. 따라서, 위상 반전부(130, 140)가 비록 동일한 너비(w)를 가지지만, 식각 깊이(d1, d2) 차이로 인한 위상차 때문에 위상 반전부(130, 140)가 구현하는 ADI CD는 서로 다르며, 식각 깊이가 더 깊은 위상 반전부(140)에 의한 ADI CD가 더 커진다.

본 발명에 따른 크롬리스 위상 반전 마스크는 노광원의 파장, 위상 반전부(130, 140)의 너비와 간격(즉, 피치), 식각 깊이(d1, d2)를 적절히 조절함으로써, 80nm 이하인 제1 ADI CD와 이보다 큰 제2 ADI CD를 구현하는 것도 가능하다. 그러나, 종래에는 80nm 이상의 ADI CD는 크롬리스 위상 반전 마스크의 CD 데드-존에 속하는 것이어서 크롬리스 위상 반전 마스크로는 구현할 수 없었다.

이와 같이, 본 발명에 따른 크롬리스 위상 반전 마스크는, 마스크 기판에 다수개의 위상 반전부를 형성하고, 이 다수개의 위상 반전부의 식각 깊이를 조절함으로써 미세 패턴의 크기 조절이 가능할 뿐만 아니라 서로 다른 크기를 갖는 미세 패 턴을 형성할 수 있게 된다. 마스크 기판의 건식 식각 깊이를 다르게 하여 위상차를 조절하면, 식각 깊이가 깊어질수록 웨이퍼에 전사되는 패턴의 크기를 크게 할 수 있다. 마스크 기판을 깊이 식각할수록 광원의 이를 통과하는 조명의 강도가 떨어지게 되므로, 웨이퍼에서의 미세 패턴의 선폭 조절이 가능해진다. 따라서, 크롬리스 위상 반전 마스크의 CD 데드-존을 제거함으로써, ADI CD의 제한없이 다양한 ADI CD를 하나의 크롬리스 위상 반전 마스크로 구현할 수 있는 장점이 있다.

도 4 내지 도 11은 도 3과 같은 본 발명의 크롬리스 위상 반전 마스크를 제조하는 방법의 제1 실시예를 설명하기 위한 공정 단면도들이다.

도 4를 참조하여, 마스크 기판(110)의 전면에 크롬막(115)을 형성한다. 크롬막(115)은 스퍼터링(sputtering)에 의해 형성할 수 있다. 크롬막(115) 위에 레지스트를 도포한 다음, 이를 패터닝하여 다수의 리세스 타입 위상 반전부 형성을 위한 제1 레지스트 패턴(120)을 형성한다. 여기서 크롬막(115)은 마스크 기판(110)과 제1 레지스트 패턴(120)의 점착력을 높여주고, 마스크 기판(110)의 식각시 제1 레지스트 패턴(120)과 함께 식각 마스크로 작용한다. 또한, 제1 레지스트 패턴(120)을 형성하기 위해 이-빔(e-beam) 노광설비를 이용하는 경우에, 차징(charging) 방지막으로도 기능하다.

크롬막(115)을 형성하지 않는 경우에는, 마스크 기판(110)과 제1 레지스트 패턴(120)의 점착력을 향상시키기 위하여, 마스크 기판(110) 전면에 HMDS(HexaMethylDisilazane) 처리하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이 때에는, 제1 레지스트 패턴(120)을 형성하기 위해 레이저(laser) 노광설비를 이용 할 수 있다.

레이저 또는 이-빔이 레지스트 표면에 설계된 제1 레지스트 패턴(120)의 데이터 정보를 주사하면 레지스트의 폴리머 화학적 결합구조의 특성이 물리적으로 변화된다. 현상장비에서 현상액을 스핀 또는 퍼들(puddle) 방식으로 분사시키면 노광된 레지스트 영역은 선택적으로 노출된다. 크롬막(115)을 형성하거나 HMDS 처리를 실시하므로, 제1 레지스트 패턴(120)의 현상시 패턴이 뜯겨 나가는 것이 방지된다. 이-빔 공정에서는 추가적으로 하드 베이킹의 소성 공정 및 현상 후에 남는 잔류 레지스트 찌꺼기(scum)를 플라즈마를 이용하여 제거하는 디스컴(descum) 공정이 필요하다.

도 5를 참조하여, 제1 레지스트 패턴(120)을 식각 마스크로 하여 크롬막(115)을 식각함으로써 크롬막 패턴(115a)을 형성한다. 이 때, 습식 식각에 의할 수 있다.

다음, 도 6에서와 같이, 제1 레지스트 패턴(120)을 식각 마스크로 하여 마스크 기판(110)을 식각하여 제1 깊이(d1)를 가지는 다수의 위상 반전부(130)를 형성한다. 여기서는, 크롬막 패턴(115a)도 식각 마스크로 이용된다. 다수의 위상 반전부(130)의 너비는 w로 서로 동일하다.

위상 반전부(130)를 형성하기 위해 마스크 기판(110)을 식각할 때에, 건식 식각과 습식 식각을 혼용하여 수행하면, 위상 반전부(130)의 크기(너비와 깊이)를 정밀하게 조정할 수 있고, 이를 통해 듀티 레이쇼(duty ratio)를 정확히 1:1로 구 현할 수 있다. 물론, 위상 반전부(130) 형성은 CF₄ + O₂계 가스를 이용한 반응성 건식 식각 방법에 의하여 수행하여도 된다.

위상 반전부(130) 형성을 위해 마스크 기판(110)을 식각할 때에 다단계로 나누어 수행하되, 위상 조절(phase control)과 균일도(uniformity) 향상을 위해 각 단계마다 식각율을 산출하여 그 다음 단계에 적용하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 원하는 위상차를 정확히 확보할 수 있고, 또한 각 단계에서의 식각 시간을 적절히 분배하는 것이 가능하기 때문에 식각 시간의 증가에 의한 균일도의 저하를 방지할 수 있다.

도 7은 마스크 기판(110)으로부터 제1 레지스트 패턴(120)을 제거한 상태를 도시한다. 제1 레지스트 패턴(120) 제거 후 클리닝 공정을 실시한다.

계속하여, 도 8을 참조하여, 다수의 위상 반전부(130) 중 일부 위상 반전부를 노출시키는 제2 레지스트 패턴(135)을 형성한다. 이 때에도, 마스크 기판(110)과 제2 레지스트 패턴(135)의 점착력을 향상시키기 위하여, 마스크 기판(110) 전면에 HMDS 처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.

다음, 도 9에서와 같이, 제2 레지스트 패턴(135)에 의해 노출된 일부 위상 반전부(130)를 더 식각하여 제2 깊이(d2)를 가지는 위상 반전부(140)를 형성한다. 여기서, 위상 반전부(140)는 180도 이하 위상차를 일으키게 형성한다. 식각 깊이가 너무 깊어지면 정확한 깊이를 조절하는 것이 어려워지므로 이에 따라 위상차 조절이 정확해지지 않는 문제가 있기 때문이다. 위상 반전부(140)를 형성하기 위해 마스크 기판(110)을 더 식각할 때에도, 건식 식각과 습식 식각을 혼용하여 수행할 수 있다. CF₄ + O₂계 가스를 이용한 반응성 건식 식각 방법에 의하여 수행할 수도 있다. 식각은 다단계로 수행하며, 위상 조절과 균일도 향상을 위해 각 단계마다 식각율을 산출하여 그 다음 단계에 적용하는 것이 바람직하다. 그런 다음, 제2 레지스트 패턴(135)과 크롬막 패턴(115a)을 제거한다. 제2 레지스트 패턴(135)과 크롬막 패턴(115a)을 제거한 후 클리닝 공정을 실시한다.

도 10은 제2 레지스트 패턴(135)을 제거한 상태의 도면이고, 도 11은 크롬막 패턴(115a)을 제거한 상태의 도면이다. 이렇게 하여, 마스크 기판(110), 및 마스크 기판(110)을 식각하여 마련된 다수의 위상 반전부(130, 140)를 포함하는 크롬리스 위상 반전 마스크를 제조할 수 있다. 위상 반전부(130, 140)의 너비(w)는 서로 동일하지만, 서로 다른 식각 깊이(d1, d2)를 가진다.

여기서, 위상 반전부(130, 140) 중 일부 위상 반전부를 더 식각하는 깊이를 달리하여 위상 조절하는 단계를 1회 이상 더 수행할 수 있다. 즉, 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한 것과 같은, 일부 위상 반전부를 노출시키는 레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 그 레지스트 패턴에 의해 노출된 일부 위상 반전부를 더 식각하는 단계를 더 반복하여 두 개 이상의 서로 다른 식각 깊이를 가지는 위상 반전부를 형성할 수 있는 것이다. 따라서, 이러한 제조방법에 의한 크롬리스 위상 반전 마스크는 적어도 두 개의 ADI CD를 구현할 수 있으며, 위상 반전부의 식각 깊이를 더 다양하게 달리함으로써 두 개 이상의 ADI CD를 하나의 크롬리스 위상 반전 마스크로 구현할 수도 있는 것이다.

도 12는 본 발명의 크롬리스 위상 반전 마스크를 제조하는 방법의 제2 실시예를 설명하기 위한 순서도이다. 이와 같은 방법의 단계 중 계산, 선정, 찾기 등은 이 분야에서 널리 사용되고 있는 소프트웨어인 SOLID-C라는 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 수행할 수 있다. 본 발명의 이해를 돕기 위해, 이하에서는 본 발명자가 수행한 시뮬레이션 결과와 함께 제2 실시예를 설명한다.

도 12를 참조하면, 단계 s1에서, 마스크 기판을 식각하여 형성한 다수의 위상 반전부가 150도 위상차를 일으킨다는 가정 하에 위상 반전부의 디자인 CD를 변화시켜 가며 ADI CD를 계산한다.

다음, 단계 s2에서와 같이, 최적의 콘트라스트를 얻을 수 있는 최적 디자인 CD를 선정한다. 최적 디자인 CD를 선정하는 방법은, 디자인 CD에 따른 콘트라스트 곡선을 그려보아 최적의 포커스를 보이는 디자인 CD를 최적 디자인 CD로 선정하는 방법에 의한다. 예를 들어, 0.75 NA(Numerical Aperture)와 어퍼쳐 직경 σ의 노광설비를 사용하는 경우, 0.35σ내지 0.65σ 부분을 광 투과영역으로서 사용한다면, 최적 디자인 CD는 약 70nm로 시뮬레이션된다.

계속된 단계 s3에서, 최적 디자인 CD에서 최소 목표 ADI CD를 얻게 하는 적정 도즈를 찾아낸다.

단계 s4에서, 최적 디자인 CD와 적정 도즈에서 다수의 위상 반전부가 일으키는 위상차를 150도에서부터 180도까지 단계적으로 변화시키며 ADI CD를 계산한다. 예를 들어, 위상차를 5도씩 증가시켜 가며 계산하여 시뮬레이션한 결과, 도 13과 같은 그래프를 얻을 수 있었다.

도 13을 참조하면, 위상차가 증가할수록 디자인 CD-ADI CD 곡선이 위로 쉬프트한다. 따라서, 최적 디자인 CD 70nm를 나타내는 선을 기준으로 위상차에 따른 ADI CD를 보면, 위상차가 증가할수록 ADI CD도 증가하여, 위상차가 150도일 때에는 ADI CD가 60nm가 채 안되지만, 위상차가 180도일 때에는 ADI CD가 90nm 정도 되는 것을 볼 수 있다. 이를 통해 종래 크롬리스 위상 반전 마스크로는 구현할 수 없었던 ADI CD(이른바, CD 데드-존에 속하는 ADI CD)를, 본 발명에서는 위상차 조절을 통해 구현할 수 있으며, 크롬리스 위상 반전 마스크의 사용 영역을 확장시킬 수 있음을 확인할 수 있다.

다음 단계 s5에서, 150도와 180도 사이에서, 제1 ADI CD를 나타낼 수 있는 제1 위상차와, 제1 ADI CD보다 큰 제2 ADI CD를 나타낼 수 있는 제2 위상차를 찾는다.

예를 들어, 도 13과 같은 그래프에서 최적 디자인 CD를 나타내는 선이 각 위상차에 따른 그래프와 만나는 점의 ADI CD를 읽는다. 만약 제1 ADI CD로 80nm를 원하고 제2 ADI CD로 90nm를 원하는 경우, 제1 위상차는 165도로, 제2 위상차는 180도로 선정한다.

한편, 위상차를 이와 같이 165도와 180도로 결정할 경우 공정상 차이점이 있 는지 확인하기 위해, 공정 마진을 시뮬레이션해 보았다. 도 14는 위상차가 165도일 때의 공정 마진을, 도 15는 위상차가 180도일 때의 공정 마진을 나타내는 도면이다.

도 14를 보면 위상차가 165도일 때에 공정 마진은 초점심도(DOF)가 약 0.250㎛, EL(Exposure Latitude)이 약 10.57%이다. 도 15를 보면 위상차가 180도일 때에 공정 마진은 초점심도가 약 0.250㎛, EL이 약 11.32%이다. 도 14 및 도 15로부터 알 수 있는 바와 같이, 적정 위상차인 180도 대비 165도에서도 공정 마진 차이가 거의 없는 것을 확인할 수 있다.

즉, 보통 위상 반전 마스크를 형성하기 위해서는 180도의 위상차를 형성해야 하나 본 발명에서와 같은 크롬리스 위상 반전 마스크의 경우 위상차가 완벽히 맞지 않아도 공정 마진 차이는 거의 없는 대신에 절대 도즈 차이가 발생한다. 이것을 응용하여 디자인에서 극복 못하는 CD 데드-존을 본 발명에서는 위상차를 적절히 조절하여 제거하고자 하는 것이다.

그런 다음, 단계 s6에서 마스크 기판을 식각하여 제1 위상차를 일으키며 너비가 최적 디자인 CD인 다수의 위상 반전부를 형성하고, 단계 s7에서 다수의 위상 반전부 중 일부 위상 반전부를 더 식각하여 제2 위상차를 일으키도록 식각 깊이를 연장한다. 이러한 단계 s6과 단계 s7은 앞의 도 4 내지 도 11을 참조하여 설명한 바와 같은 크롬리스 위상 반전 마스크 제조방법을 참조하면 된다.

먼저, 도 4 내지 도 7을 참조하여 설명한 것과 같은 단계를 진행하여 위상 반전부(130)를 형성한다. 이 때, 위상 반전부(130)의 너비(w)를 최적 디자인 CD, 본 시뮬레이션에서는 70nm로 하고, 위상 반전부(130)의 식각 깊이(d1)는 제1 위상차, 본 시뮬레이션에서는 165도를 일으키는 깊이로 한다. 그런 다음, 도 8 내지 도 11을 참조하여 설명한 것과 같은 단계를 진행하여 위상 반전부(130)의 식각 깊이를 연장함으로써 위상 반전부(140)를 형성한다. 위상 반전부(140)의 식각 깊이(d2)는 본 시뮬레이션에서는 180도 위상차를 일으키게 하는 깊이로 한다. 이러한 방법으로 크롬리스 위상 반전 마스크를 제조하면, 최적 디자인 CD 70nm를 가지며 위상차 165도를 일으키는 위상 반전부(130)는 도 13에서와 같이 80nm ADI CD를 나타내며, 최적 디자인 CD 70nm를 가지며 위상차 180도를 일으키는 위상 반전부(140)는 도 13에서와 같이 90nm ADI CD를 나타낸다.

즉, 한 장의 크롬리스 위상 반전 마스크로 80nm와 90nm의 ADI CD를 동시에 구현할 수 있도록 하려면, 본 시뮬레이션에서 수행한 바와 같이, 크롬리스 위상 반전 마스크 형성을 위해 전면을 165도까지 식각한 후에 90nm ADI CD를 구현하기 위한 영역의 위상 반전부만을 오픈하여 추가 15도 식각을 통해서 180도 위상차를 일으키게 함으로써, CD 데드-존을 제거할 수 있다. 이와 같이 하여, 본 발명에서는 종래 크롬리스 위상 반전 마스크의 CD 데드-존에 속하는 80nm 이상의 ADI CD를 확보할 수 있는 것이다.

본 발명의 특정 실시예에 대한 이상의 설명은 예시 및 설명을 목적으로 제공되었다. 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 수정 및 변형이 가능함은 명백하다. 본 발명의 범주는 첨부된 청구범위 및 그 등가물에 의해 한정 된다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 크롬리스 위상 반전 마스크를 형성하기 위한 위상차 180도에서 공정 마진이 감소하지 않는 영역 내에서 위상차 변화에 따른 절대 도즈 변화를 이용하여 크롬리스 위상 반전 마스크의 CD 데드-존인 80nm 이상의 영역을 확보한다.

이를 위해, 크롬리스 위상 반전 마스크 형성을 위한 전면을 제1 위상차를 가지게 식각한 후, 데드 존 영역만을 오픈하여 추가로 식각한다. 이러한 제조방법은 비교적 간단하다.

일부 위상 반전부를 노출시키는 레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 그 레지스트 패턴에 의해 노출된 일부 위상 반전부를 더 식각하는 단계를 더 반복하여 두 개 이상의 서로 다른 식각 깊이를 가지는 위상 반전부를 형성할 수 있다. 따라서, 이러한 제조방법에 의한 크롬리스 위상 반전 마스크는 적어도 두 개의 ADI CD를 구현할 수 있으며, 위상 반전부의 식각 깊이를 더 다양하게 달리함으로써 두 개 이상의 ADI CD를 하나의 크롬리스 위상 반전 마스크로 구현할 수도 있다.

Claims

마스크 기판; 및

상기 마스크 기판을 식각하여 마련된 다수의 위상 반전부를 포함하며,

상기 다수의 위상 반전부는 150도와 180도 사이에서 위상차가 생기도록 하는 서로 다른 식각 깊이를 가진 것을 특징으로 하는 크롬리스 위상 반전 마스크.
제1항에 있어서, 상기 다수의 위상 반전부의 너비는 서로 동일한 것을 특징으로 하는 크롬리스 위상 반전 마스크.
제1항에 있어서, 상기 크롬리스 위상 반전 마스크를 이용한 현상 후 CD(ADI CD : After Development Inspection CD)는 80nm 이하인 제1 현상 후 CD와 이보다 큰 제2 현상 후 CD를 포함하는 것을 특징으로 하는 크롬리스 위상 반전 마스크.
제1항에 있어서, 상기 다수의 위상 반전부 중 가장 깊은 식각 깊이를 가지는 위상 반전부가 180도 이하 위상차를 일으키는 것을 특징으로 하는 크롬리스 위상 반전 마스크.
(a)마스크 기판을 150도와 180도 사이에서 위상차가 생기도록 식각하여 다수의 위상 반전부를 형성하는 단계; 및

(b)상기 다수의 위상 반전부 중 일부 위상 반전부를 더 식각하여 상기 (a)에서의 위상차보다 더 크고 180도보다 작은 위상차를 갖도록 위상차를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 크롬리스 위상 반전 마스크의 제조방법.
제5항에 있어서, 더 식각하는 깊이를 달리하여 상기 (b) 단계를 수행하는 단계를 1회 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 크롬리스 위상 반전 마스크의 제조방 법.
제5항에 있어서, 상기 다수의 위상 반전부 중 가장 깊은 식각 깊이를 가지는 위상 반전부가 180도 이하 위상차를 일으키게 형성하는 것을 특징으로 하는 크롬리스 위상 반전 마스크의 제조방법.
제5항에 있어서, 상기 다수의 위상 반전부의 너비는 서로 동일하게 형성하는 것을 특징으로 하는 크롬리스 위상 반전 마스크의 제조방법.
마스크 기판의 전면에 다수의 리세스 타입 위상 반전부 형성을 위한 제1 레지스트 패턴을 형성하는 단계;

상기 제1 레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 마스크 기판을 식각하여 150도와 180도 사이의 제1위상차가 생기도록 하는 제1 깊이를 가지는 다수의 위상 반전부를 형성하는 단계;

상기 제1 레지스트 패턴을 제거하는 단계;

상기 다수의 위상 반전부 중 일부 위상 반전부를 노출시키는 제2 레지스트 패턴을 형성하는 단계;

상기 제2 레지스트 패턴에 의해 노출된 상기 일부 위상 반전부를 더 식각하여 상기 제1위상차보다 더 크고 180도보다 작은 제2위상차가 생기도록 하는 제2 깊이를 가지는 위상 반전부를 형성하는 단계; 및

상기 제2 레지스트 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 크롬리스 위상 반전 마스크의 제조방법.
제9항에 있어서, 상기 제1 및 제2 레지스트 패턴을 형성하는 단계들 전에 마스크 기판 전면에 HMDS(HexaMethylDisilazane) 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 크롬리스 위상 반전 마스크의 제조방법.
제9항에 있어서,

상기 제1 레지스트 패턴을 형성하는 단계 전에 상기 마스크 기판의 전면에 크롬막을 형성하는 단계; 및

상기 제1 레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 크롬막을 식각함으로써 크롬막 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하고,

상기 제1 깊이의 위상 반전부를 형성하는 단계는 상기 크롬막 패턴 및 상기 제1 레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 수행하고, 상기 크롬막 패턴은 상기 제2 레지스트 패턴을 제거하는 단계에서 제거하는 것을 특징으로 하는 크롬리스 위상 반전 마스크의 제조방법.
제9항에 있어서, 상기 제1 깊이 및 제2 깊이의 위상 반전부를 형성하는 단계들은 건식 식각과 습식 식각을 혼용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 크롬리스 위상 반전 마스크의 제조방법.
제9항에 있어서, 상기 제1 깊이 및 제2 깊이의 위상 반전부를 형성하는 단계 들은 CF₄ + O₂계 가스를 이용한 반응성 건식 식각 방법에 의하여 수행하는 것을 특징으로 하는 크롬리스 위상 반전 마스크의 제조방법.
제9항에 있어서, 상기 제1 깊이 및 제2 깊이의 위상 반전부를 형성하는 단계들은 각각 다단계로 나누어 수행하되, 위상 조절(phase control)과 균일도(uniformity) 향상을 위해 각 단계마다 식각율을 산출하여 그 다음 단계에 적용하는 것을 특징으로 하는 크롬리스 위상 반전 마스크의 제조방법.
제9항에 있어서, 상기 제2 깊이의 위상 반전부가 180도 이하 위상차를 일으키게 형성하는 것을 특징으로 하는 크롬리스 위상 반전 마스크의 제조방법.
제9항에 있어서, 상기 다수의 위상 반전부의 너비는 서로 동일하게 형성하는 것을 특징으로 하는 크롬리스 위상 반전 마스크의 제조방법.
마스크 기판을 식각하여 형성한 다수의 위상 반전부가 150도 위상차를 일으킨다는 가정 하에 상기 위상 반전부의 디자인 CD(Critical Dimension)를 변화시켜 가며 현상 후 CD(ADI CD : After Development Inspection CD)를 계산하는 단계;

최적의 콘트라스트를 얻을 수 있는 최적 디자인 CD를 선정하는 단계;

상기 최적 디자인 CD에서 최소 목표 현상 후 CD를 얻게 하는 적정 도즈를 찾 는 단계;

상기 최적 디자인 CD와 상기 적정 도즈에서 상기 다수의 위상 반전부가 일으키는 위상차를 150도에서부터 180도까지 단계적으로 변화시키며 현상 후 CD를 계산하는 단계;

150도와 180도 사이에서, 제1 현상 후 CD를 나타낼 수 있는 제1 위상차와, 상기 제1 현상 후 CD보다 큰 제2 현상 후 CD를 나타낼 수 있는 제2 위상차를 찾는 단계;

마스크 기판을 식각하여 상기 제1 위상차를 일으키며 너비가 상기 최적 디자인 CD인 다수의 위상 반전부를 형성하는 단계; 및

상기 다수의 위상 반전부 중 일부 위상 반전부를 더 식각하여 상기 제2 위상차를 일으키도록 식각 깊이를 연장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 크롬리스 위상 반전 마스크의 제조방법.
제17항에 있어서, 상기 최적 디자인 CD를 선정하는 단계는 상기 디자인 CD에 따른 콘트라스트 곡선을 그려보아 최적의 포커스를 보이는 디자인 CD를 상기 최적 디자인 CD로 선정하는 것을 특징으로 하는 크롬리스 위상 반전 마스크의 제조방법.
제17항에 있어서, 상기 다수의 위상 반전부가 일으키는 위상차를 150도에서부터 180도까지 단계적으로 변화시키며 현상 후 CD를 계산하는 단계에서는 위상차를 5도씩 증가시켜 가며 계산하는 것을 특징으로 하는 크롬리스 위상 반전 마스크 의 제조방법.
제17항에 있어서, 상기 제1 현상 후 CD는 80nm 이하이고 상기 제2 현상 후 CD는 80nm 이상인 것을 특징으로 하는 크롬리스 위상 반전 마스크의 제조방법.