KR100607203B1 - 크롬리스 위상반전마스크의 제조방법 - Google Patents

크롬리스 위상반전마스크의 제조방법 Download PDF

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Abstract

크롬리스 위상반전마스크의 제조방법들을 제공한다. 이 방법들은 트렌치 회로 영역 및 메사 회로 영역을 갖는 마스크 본체 표면에 하드마스크 막을 형성하는 것을 구비한다. 상기 하드마스크 막을 패터닝 하여 상기 트렌치 회로 영역 상에 트렌치 하드마스크 패턴을 형성한다. 상기 트렌치 하드마스크 패턴을 식각마스크로 이용하여 상기 마스크 본체를 이방성 식각하여 상기 트렌치 회로 영역에 예비 함몰패턴을 형성한다. 상기 트렌치 하드마스크 패턴을 갖는 상기 하드마스크 막을 패터닝 하여 상기 메사 회로 영역 상에 메사 하드마스크 패턴을 형성한다. 동시에, 상기 트렌치 회로 영역 상부면을 노출시킨다. 상기 메사 하드마스크 패턴을 식각마스크로 이용하여 상기 마스크 본체를 이방성 식각하여 상기 메사 회로 영역에 위상반전 돌출패턴들을 형성한다. 동시에, 상기 트렌치 회로 영역에 위상반전 함몰패턴들을 형성한다. 상기 위상반전 함몰패턴들 사이의 돌출부분은 상기 위상반전 돌출패턴의 상부면 보다 하위 레벨에 형성된다.

Description

크롬리스 위상반전마스크의 제조방법{Method of manufacturing chrome-less phase shift mask}
도 1 내지 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 크롬리스 위상반전마스크의 제조방법을 설명하기 위한 공정단계별 단면도들이다.
도 6은 본 발명에 따른 크롬리스 위상반전마스크의 시뮬레이션 특성도이다.
본 발명은 포토 마스크(photo mask)의 제조방법에 관한 것으로, 특히 크롬으로 형성된 차광막을 포함하지 않는 크롬리스 위상반전마스크(chrome-less phase shift mask)의 제조방법에 관한 것이다.
반도체 제조공정 중 미세회로를 반도체기판 상에 형성하는 사진 공정이 중요한 부분을 차지하고 있다. 즉, 상기 사진 공정의 공정능력(process capability)은 반도체소자의 생산성 및 품질을 좌우한다. 상기 사진 공정에는 상기 반도체기판 상에 소정의 회로패턴을 형성하기 위한 포토 마스크가 사용된다. 상기 포토 마스크에는 대표적으로 크롬 마스크가 사용되고 있다. 상기 크롬 마스크는 마스크 본체 및 크롬 차광막을 포함한다. 상기 마스크 본체는 석영과 같은 투명물질을 이용하여 형 성한다. 상기 크롬 차광막은 전사하고자 하는 상기 회로패턴을 구비한다. 즉, 상기 크롬 마스크는 상기 마스크 본체의 표면에 형성된 전사하고자 하는 상기 회로패턴을 갖는 상기 크롬 차광막을 구비한다. 상기 크롬 차광막은, 노광 공정 시 조사되는 빛을 차단하여, 상기 반도체기판 상에 코팅되어 있는 포토레지스트에 상기 회로패턴을 형성하게 해주는 역할을 한다. 그런데, 상기 반도체소자의 집적도를 향상하려면 상기 회로패턴은 최대한 축소되어야 한다. 상기 크롬 마스크는 빛의 회절현상에 기인하는 오차를 갖는다. 즉, 상기 크롬 마스크는 상기 회로패턴의 정확도를 확보하기가 어렵다. 이에 따라, 상기 크롬 차광막을 이용한 상기 포토 마스크는 미세한 크기의 상기 회로패턴을 형성하는데 한계가 있다. 이러한 패턴 미세화의 어려움을 극복하는 방안으로 위상반전마스크(phase shift mask)가 연구되고 있다.
상기 위상반전마스크(phase shift mask)는 인접한 패턴 간에 투과되는 빛의 위상을 반대로 하여 회절 및 간섭효과를 이용한다. 상기 위상반전마스크(phase shift mask)는 크롬리스 위상반전마스크(chrome-less phase shift mask), 어테뉴에이티드 위상반전마스크(attenuated phase shift mask), 페이스에지 위상반전마스크(phase-edge phase shift mask), 알터네이팅 위상반전마스크(alternating phase shift mask), 등 다양한 종류가 제안되고 있다. 이중에서 크롬을 사용하지 않고 위상반전 패턴만으로 상기 회로패턴을 형성할 수 있는 상기 크롬리스 위상반전마스크(chrome-less phase shift mask)가 제안된 바 있다.
상기 크롬리스 위상반전마스크(chrome-less phase shift mask)는 위상반전 돌출패턴 및 위상반전 함몰패턴을 구비한다. 상기 위상반전 돌출패턴 및 상기 위상 반전 함몰패턴은 모두 빛을 투과한다. 그러나 상기 위상반전 돌출패턴 및 상기 위상반전 함몰패턴을 투과한 빛은 상호 위상차가 180도 다르게 변화된다. 상기 180도 위상차를 갖는 빛은 상호간섭을 일으킨다. 그 결과, 상기 포토레지스트 상에는 상기 상호간섭에 의한 소정의 패턴이 형성된다. 상기 상호간섭에 의하여 형성된 소정의 패턴은 상기 위상반전 돌출패턴 및 상기 위상반전 함몰패턴에 의하여 조절할 수 있다. 즉, 상기 위상반전 돌출패턴 및 상기 위상반전 함몰패턴을 이상적으로 배열하여, 상기 크롬리스 위상반전마스크(chrome-less phase shift mask)는 상기 크롬 마스크 보다 더 미세한 패턴을 정교하게 형성할 수 있다.
상기 크롬리스 위상반전마스크는 음영패턴(dark pattern)의 종류에 따라 메사(mesa) 방식 및 트렌치(trench) 방식으로 나누어진다. 상기 메사(mesa) 방식은 상기 위상반전 돌출패턴에 의하여 상기 음영패턴(dark pattern)을 구현하는 방식이고, 상기 트렌치(trench) 방식은 상기 위상반전 함몰패턴에 의하여 상기 음영패턴(dark pattern)을 구현하는 방식이다.
한편, 상기 반도체소자들은 회로 폭이 큰 영역 및 상기 회로 폭이 큰 영역 보다 좁은 폭을 갖는 회로 폭이 좁은 영역을 단일 칩 내에 포함한다. 예를 들면, 상기 회로 폭이 큰 영역은 주변회로 영역일 수 있으며 상기 회로 폭이 좁은 영역은 셀 영역일 수 있다. 일반적으로 노광장치에 사용되는 광원은 지정된 범위의 파장을 갖는다. 이 경우에, 상기 음영패턴(dark pattern)을 구현하는 방식에 따라 패터닝 불가영역이 발생한다. 예를 들면, 상기 광원의 파장(λ)이 193 nm일 경우, 상기 메사(mesa) 방식의 패터닝 가능영역은 노광 시디(after develop inspection critical dimension; ADI CD) 80nm 이하 이다. 이 경우에, 상기 노광 시디(ADI CD) 80nm보다 큰 패턴 및 상기 노광 시디(ADI CD) 80nm을 동시에 형성하려면, 상기 메사(mesa) 방식으로 상기 노광 시디(ADI CD) 80nm인 영역을 형성하고 나머지 영역은 종래의 상기 크롬 차광막을 형성하여야 한다. 이와 마찬가지로, 상기 트렌치(trench) 방식의 패터닝 가능영역은 노광 시디(after develop inspection critical dimension; ADI CD) 90nm 이하 이다. 이 경우에, 상기 노광 시디(ADI CD) 90nm보다 큰 패턴 및 상기 노광 시디(ADI CD) 90nm을 동시에 형성하려면, 상기 트렌치(trench) 방식으로 상기 노광 시디(ADI CD) 90nm인 영역을 형성하고 나머지 영역은 종래의 상기 크롬 차광막을 형성하여야 한다.
이것은 상기 크롬리스 위상반전마스크의 사용범위를 제한되게 하며, 제조공정을 복잡하게 하며, 상기 패터닝 불가영역에서의 패터닝 정밀도를 저하시킨다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 종래기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 패터닝 가능영역을 확장할 수 있는 크롬리스 위상반전마스크의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 크롬리스 위상반전마스크의 제조방법들을 제공한다. 이 방법들은 트렌치 회로 영역 및 메사 회로 영역을 갖는 마스크 본체 표면에 하드마스크 막을 형성하는 것을 포함한다. 상기 하드마스크 막을 패터닝 하여 상기 트렌치 회로 영역 상에 트렌치 하드마스크 패턴을 형성한다. 상기 트렌치 하드마스크 패턴을 식각마스크로 이용하여 상기 마스크 본체를 이방성 식각하여 상기 트렌치 회로 영역에 예비 함몰패턴을 형성한다. 이때, 상기 메사 회로 영역은 상기 하드마스크 막에 의하여 보호되므로 패턴이 형성되지 않는다. 상기 트렌치 하드마스크 패턴을 갖는 상기 하드마스크 막을 패터닝 하여 상기 메사 회로 영역 상에 메사 하드마스크 패턴을 형성한다. 동시에, 상기 트렌치 회로 영역 상부면을 노출시킨다. 상기 메사 하드마스크 패턴을 식각마스크로 이용하여 상기 마스크 본체를 이방성 식각하여 상기 메사 회로 영역에 위상반전 돌출패턴들을 형성한다. 동시에, 상기 트렌치 회로 영역에 위상반전 함몰패턴들을 형성한다. 상기 위상반전 함몰패턴들 사이의 돌출부분은 상기 위상반전 돌출패턴의 상부면 보다 아래 레벨에 형성된다.
본 발명의 몇몇 실시 예들에서, 상기 마스크 본체는 석영(quartz)을 재료로 하여 형성된 사각형 박판을 사용할 수 있다.
다른 실시 예들에서, 상기 하드마스크 막은 상기 마스크 본체에 대하여 식각선택비를 갖는 물질막으로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 하드마스크 막은 크롬(Cr)막으로 형성할 수 있다.
또 다른 실시 예들에서, 상기 이방성 식각은 플라즈마를 이용하는 건식식각 공정에 의하여 수행할 수 있다.
또 다른 실시 예들에서, 상기 마스크 본체를 이방성 식각하여 상기 트렌치 회로 영역에 예비 함몰패턴을 형성하는 것은 1회 식각방식 또는 다단계(multi-step) 식각방식을 이용하여 수행할 수 있다. 여기서, 상기 다단계(multi-step) 식 각방식은 상기 트렌치 하드마스크 패턴을 식각마스크로 이용하여 상기 마스크 본체의 일부만을 이방성 식각하고, 세정공정을 이용하여 상기 마스크 본체 및 상기 트렌치 하드마스크 패턴 상의 오염물질을 제거하는 것을 2회 이상 반복하여 수행할 수 있다.
또 다른 실시 예들에서, 상기 마스크 본체를 이방성 식각하여 상기 메사 회로 영역에 위상반전 돌출패턴들을 형성함과 동시에 상기 트렌치 회로 영역에 위상반전 함몰패턴들을 형성하는 것은 1회 식각방식 또는 다단계(multi-step) 식각방식을 이용하여 수행할 수 있다. 여기서, 상기 다단계(multi-step) 식각방식은 상기 메사 하드마스크 패턴을 식각마스크로 이용하여 상기 마스크 본체의 일부만을 이방성 식각하고, 세정공정을 이용하여 상기 마스크 본체 및 상기 메사 하드마스크 패턴 상의 오염물질을 제거하는 것을 2회 이상 반복하여 수행할 수 있다.
또 다른 실시 예들에서, 상기 위상반전 돌출패턴들 사이의 함몰영역 및 상기 위상반전 돌출패턴을 투과하는 빛은 180도의 위상차를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 위상반전 함몰패턴들 사이의 돌출부분 및 상기 위상반전 함몰패턴을 투과하는 빛은 180도의 위상차를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.
또 다른 실시 예들에서, 상기 위상반전 함몰패턴들 사이의 돌출부분 상부면 및 상기 위상반전 돌출패턴들 사이의 함몰부분 바닥면은 실질적으로 동일 평면상에 형성될 수 있다.
또 다른 실시 예들에서, 상기 위상반전 함몰패턴들 및 상기 위상반전 돌출패턴들은 같은 피치(pitch)를 갖도록 형성할 수 있다. 이와는 달리, 상기 위상반전 함몰패턴들은 상기 위상반전 돌출패턴들 보다 큰 피치(pitch)를 갖도록 형성할 수도 있다.
또 다른 실시 예들에서, 상기 위상반전 함몰패턴들 및 상기 위상반전 돌출패턴들의 피치는 조사되는 빛의 파장(λ)과 상기 마스크 본체를 투과한 빛의 회절각도(θ)에 의하여 결정된 값으로 형성할 수 있다. 또한, 상기 위상반전 함몰패턴들의 함몰깊이 및 상기 위상반전 돌출패턴들의 돌출높이도 조사되는 빛의 파장(λ)과 회절각도(θ)에 의하여 결정된 값으로 형성할 수 있다.
또 다른 실시 예들에서, 상기 위상반전 함몰패턴들 및 상기 위상반전 돌출패턴들을 형성한 후 상기 메사 하드마스크 패턴을 제거하고, 상기 마스크 본체를 세정하는 것을 더 포함할 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미한다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 크롬리스 위상반전마스크의 제조방법을 설명하기 위한 공정단계별 단면도들이다.
도 1을 참조하면, 트렌치 회로 영역(T) 및 메사 회로 영역(M)을 갖는 마스크 본체(50) 표면에 하드마스크 막(51)을 형성한다.
상기 마스크 본체(50)는 빛에 대하여 높은 투과율 및 균일한 산란 특성을 갖는 물질로 형성할 수 있다. 예를 들면, 상기 마스크 본체(50)는 석영(quartz)을 재료로 하여 형성된 사각형 박판이 널리 사용된다. 상기 하드마스크 막(51)은 상기 마스크 본체(50)에 대하여 식각선택비를 갖는 물질막으로 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 하드마스크 막(51)은 크롬(Cr)막으로 형성할 수 있다. 이 경우에, 상기 크롬(Cr)막은 상기 마스크 본체(50) 상에 금속증착(metal evaporating)법 또는 금속 스퍼터링(metal sputtering)법 과 같은 피브이디(physical vapor deposition; PVD)법을 이용하여 형성할 수 있다. 또한, 상기 크롬(Cr)막은 무전해 도금과 같은 전기화학적 방법(electrochemical method)으로도 형성할 수 있다. 이에 더하여, 상기 하드마스크 막(51)은 상기 트렌치 회로 영역(T) 및 상기 메사 회로 영역(M) 상을 전면적으로 균일하게 덮도록 형성하는 것이 바람직하다.
도 2를 참조하면, 상기 하드마스크 막(51)을 패터닝 하여 상기 트렌치 회로 영역(T) 상에 트렌치 하드마스크 패턴(51T)을 형성한다.
상기 하드마스크 막(51)을 패터닝 하는 것은 상기 하드마스크 막(51) 상에 포토레지스트 패턴(도시하지 않음)을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 이용하여 상기 하드마스크 막(51)을 선택적으로 식각하여 상기 트렌치 회로 영역(T) 상에 상기 트렌치 하드마스크 패턴(51T)을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴을 제거하고, 상기 트렌치 하드마스크 패턴(51T)의 시디(critical dimension; CD)를 측정하고, 상기 트렌치 하드마스크 패턴(51T)의 결함을 검사하고, 상기 트렌 치 하드마스크 패턴(51T)을 수리하고, 상기 마스크 본체(50)를 세정하는 공정을 포함할 수 있다. 그 결과, 상기 트렌치 회로 영역(T) 상에는 상기 트렌치 하드마스크 패턴(51T)이 형성될 수 있으며, 상기 메사 회로 영역(M) 상에는 상기 하드마스크 막(51)이 잔존할 수 있다.
이어서, 상기 트렌치 하드마스크 패턴(51T)을 식각마스크로 이용하여 상기 마스크 본체(50)를 이방성 식각하여 상기 트렌치 회로 영역(T)에 예비 함몰패턴들(55)을 형성한다.
상기 마스크 본체(50)를 이방성 식각하는 것은 플라즈마를 이용하는 건식식각 공정에 의하여 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 마스크 본체(50)가 상기 석영(quartz)으로 형성된 경우, 상기 건식식각 공정은 실리콘산화막 식각가스를 이용할 수 있다. 상기 플라즈마를 이용하는 건식식각 공정은 이방성 식각의 방향과 깊이 조절이 용이하며 넓은 면적에 걸쳐서 균일하게 식각할 수 있다. 그 결과, 상기 트렌치 회로 영역(T)에는 상기 마스크 본체(50)가 부분적으로 리세스 되어 상기 예비 함몰패턴들(55)이 형성될 수 있으며, 상기 메사 회로 영역(M)은 상기 하드마스크 막(51)에 의하여 보호되므로 패턴이 형성되지 않는다. 상기 예비 함몰패턴들(55)의 깊이는 상기 건식식각 공정의 식각시간과 같은 식각조건을 이용하여 조절할 수 있다.
이에 더하여, 상기 이방성 식각은 1회 식각방식 또는 다단계(multi-step) 식각방식을 이용하여 수행할 수 있다. 즉, 상기 이방성 식각은 1회만 실시하여 상기 예비 함몰패턴들(55)을 형성할 수 있으며, 상기 이방성 식각은 2회 이상 반복 실시 하여 상기 예비 함몰패턴들(55)을 형성할 수도 있다. 상기 다단계(multi-step) 식각방식을 이용하여 상기 예비 함몰패턴들(55)을 형성하는 경우, 상기 트렌치 하드마스크 패턴(51T)을 식각마스크로 이용하여 상기 마스크 본체(50)의 일부만을 이방성 식각한 후, 세정공정을 이용하여 상기 마스크 본체(50) 및 상기 트렌치 하드마스크 패턴(51T) 상의 오염물질을 제거하고, 다시 한번 상기 트렌치 하드마스크 패턴(51T)을 식각마스크로 이용하여 상기 마스크 본체(50)의 나머지 일부분을 이방성 식각하는 것을 반복하여 수행할 수 있다. 상기 다단계 식각방식은 상기 1회 식각방식에 비하여 우수한 오염제거 능력 및 균일한 패턴 형성 능력을 보일 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 트렌치 하드마스크 패턴(51T)을 갖는 상기 하드마스크 막(51)을 패터닝 하여 상기 메사 회로 영역(M)상에 메사 하드마스크 패턴(51M)을 형성한다. 동시에, 상기 예비 함몰패턴들(55) 사이의 돌출부분들을 덮고 있는 상기 트렌치 하드마스크 패턴(51T)을 제거한다. 즉, 상기 트렌치 회로 영역(T) 상부면을 노출시킨다.
상기 메사 하드마스크 패턴(51M)은 도 2에서 설명된 상기 트렌치 하드마스크 패턴(51T)을 형성하는 것과 같은 방법으로 형성할 수 있다. 즉, 상기 메사 하드마스크 패턴(51M)을 형성하는 것은 상기 트렌치 하드마스크 패턴(51T)을 갖는 상기 하드마스크 막(51) 상에 포토레지스트 패턴(도시하지 않음)을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 이용하여 상기 하드마스크 막(51)을 선택적으로 식각하여 상기 메사 회로 영역(M) 상에 상기 메사 하드마스크 패턴(51M)을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴을 제거하고, 상기 메사 하드마스크 패턴(51M)의 시디 (critical dimension; CD)를 측정하고, 상기 메사 하드마스크 패턴(51M)의 결함을 검사하고, 상기 메사 하드마스크 패턴(51M)을 수리하고, 상기 마스크 본체(50)를 세정하는 공정을 포함할 수 있다. 상기 메사 하드마스크 패턴(51M)을 형성하기 위하여 상기 하드마스크 막(51)을 선택적으로 식각하는 동안, 상기 트렌치 하드마스크 패턴(51T)이 함께 식각되어 제거될 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 메사 하드마스크 패턴(51M)을 식각마스크로 이용하여 상기 마스크 본체(50)를 이방성 식각하여 상기 메사 회로 영역(M)에 위상반전 돌출패턴들(65)을 형성한다. 동시에, 상기 트렌치 회로 영역(T)에 위상반전 함몰패턴들(55T)을 형성한다.
구체적으로, 상기 마스크 본체(50)를 이방성 식각하는 것은 도 2에서 설명된 상기 예비 함몰패턴들(55)을 형성하는 것과 같은 방법으로 형성할 수 있다. 즉, 상기 마스크 본체(50)를 이방성 식각하는 것은 플라즈마를 이용하는 건식식각 공정에 의하여 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 마스크 본체(50)가 상기 석영(quartz)으로 형성된 경우, 상기 건식식각 공정은 실리콘산화막 식각가스를 이용할 수 있다. 상기 플라즈마를 이용하는 건식식각 공정은 이방성 식각의 방향과 깊이 조절이 용이하며 넓은 면적에 걸쳐서 균일하게 식각할 수 있다. 그 결과, 상기 메사 회로 영역(M)에는 상기 마스크 본체(50)가 부분적으로 리세스 된다. 즉, 상기 메사 회로 영역(M)에 상기 마스크 본체(50)의 리세스 되고 남는 부분은 상기 위상반전 돌출패턴들(65)이 된다. 상기 위상반전 돌출패턴들(65)의 돌출높이(HM)는 상기 건식식각 공정의 식각시간과 같은 식각조건을 이용하여 조절할 수 있다.
상기 위상반전 돌출패턴들(65)을 형성하기 위하여 상기 마스크 본체(50)를 이방성 식각하는 동안, 상기 트렌치 회로 영역(T)의 노출면들이 함께 이방성 식각되어 아래로 리세스 될 수 있다. 즉, 상기 트렌치 회로 영역(T)에 상기 예비 함몰패턴들(55)이 아래로 리세스 되어 상기 위상반전 함몰패턴들(55T)이 형성될 수 있다. 상기 위상반전 함몰패턴들(55T)의 함몰깊이(DT)는 상기 예비 함몰패턴들(55)의 깊이 및 상기 건식식각 공정의 식각조건을 이용하여 조절할 수 있다. 또한, 상기 위상반전 함몰패턴들(55T) 사이의 돌출부분 상부면들(55S)은 상기 위상반전 돌출패턴들(65)의 상부면들 보다 아래 레벨에 형성될 수 있다. 여기서, 상기 이방성 식각 공정을 조절하여 상기 위상반전 함몰패턴들(55T) 사이의 상기 돌출부분 상부면들(55S)이 상기 위상반전 돌출패턴들(65) 사이의 함몰영역 바닥면들(65B)과 같은 레벨에 위치하도록 형성할 수도 있다.
이에 더하여, 상기 이방성 식각은 1회 식각방식 또는 다단계(multi-step) 식각방식을 이용하여 수행할 수 있다. 즉, 상기 이방성 식각은 1회만 실시하여 상기 위상반전 돌출패턴들(65) 및 상기 위상반전 함몰패턴들(55T)을 형성할 수 있으며, 상기 이방성 식각은 2회 이상 반복 실시하여 상기 위상반전 돌출패턴들(65) 및 상기 위상반전 함몰패턴들(55T)을 형성할 수도 있다. 상기 다단계(multi-step) 식각방식을 이용하여 상기 위상반전 돌출패턴들(65) 및 상기 위상반전 함몰패턴들(55T)을 형성하는 경우, 상기 메사 하드마스크 패턴(51M)을 식각마스크로 이용하여 상기 마스크 본체(50)의 일부만을 이방성 식각한 후, 세정공정을 이용하여 상기 마스크 본체(50) 및 상기 메사 하드마스크 패턴(51M) 상의 오염물질을 제거하고, 다시 한 번 상기 메사 하드마스크 패턴(51M)을 식각마스크로 이용하여 상기 마스크 본체(50)의 나머지 일부분을 이방성 식각하는 것을 2회 이상 반복하여 수행할 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 메사 하드마스크 패턴(51M)을 제거하여 상기 메사 회로 영역(M)에 상기 위상반전 돌출패턴들(65)을 노출시킨다.
상기 메사 하드마스크 패턴(51M)을 제거하는 공정은 건식식각 또는 습식식각으로 할 수 있다. 상기 하드마스크 막(51)이 상기 크롬(Cr)막으로 형성되어 있는 경우에, 상기 습식식각은 금속막 식각용액을 이용할 수 있다. 상기 금속막 식각용액은 황산, 질산, 염산 등과 같은 산성용액들 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다.
이어서, 상기 마스크 본체(50)를 세정하여 상기 위상반전 돌출패턴들(65) 및 상기 위상반전 함몰패턴들(55T)을 갖는 크롬리스 위상반전마스크를 제조할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 크롬리스 위상반전마스크의 시뮬레이션 특성도이다. 도 6의 수평축(D)은 상기 크롬리스 위상반전마스크의 설계 시디(design critical dimension; design CD)를 나타내고 눈금의 단위는 nm이며, 수직축(A)은 노광 시디(after develop inspection critical dimension; ADI CD)를 나타내고 눈금의 단위는 nm이다. 또한, 시뮬레이션에 사용한 빛의 파장(λ)은 193 nm 이다.
도 6을 참조하면, 곡선 M은 위상반전 돌출패턴을 음영패턴(dark pattern)으로 사용하는 경우 나타나는 특성곡선이고, 곡선 T는 위상반전 함몰패턴을 음영패턴(dark pattern)으로 사용하는 경우 나타나는 특성곡선이다.
상기 위상반전 돌출패턴을 갖는 상기 크롬리스 위상반전마스크는 상기 설계 시디(design CD)를 증가시킴에 따라 곡선 M과 같은 시뮬레이션 특성을 보인다. 상기 설계 시디 50nm 내지 70nm 구간에 있어서, 상기 설계 시디를 증가시킴에 따라 상기 노광 시디(ADI CD)가 민감하게 증가하는 특성을 보인다. 예를 들면, 상기 설계 시디가 50nm 일 때 상기 노광 시디는 40nm 이고, 상기 설계 시디가 70nm 일 때 상기 노광 시디는 75nm 이다. 그런데, 상기 위상반전 돌출패턴을 갖는 상기 크롬리스 위상반전마스크는 제조과정상 공정산포에 의한 오차를 가질 수 있다. 이와 같이, 상기 설계 시디에 따라 상기 노광 시디가 민감하게 변하는 구간은 상기 공정산포에 의한 오차에 민감하게 반응한다. 즉, 상기 설계 시디에 따라 상기 노광 시디가 민감하게 변하는 구간은 양산 적용을 어렵게 한다. 상기 설계 시디 70nm 내지 90nm 구간(M1)에 있어서, 상기 설계 시디를 증가시킬지라도 상기 노광 시디(ADI CD)는 더 이상 증가하지 않는다. 즉, 상기 설계 시디가 70nm 에서 90nm 로 증가하여도 상기 노광 시디는 80nm 에 고정된다. 바꾸어 말하면, 상기 노광 시디 80nm를 얻기 위한 상기 설계 시디는 70nm 내지 90nm의 상대적으로 넓은 구간(M1)을 갖는다. 이와 같이, 상기 설계 시디를 증가시켜도 상기 노광 시디가 고정되는 구간(M1)은 상기 공정산포에 의한 오차에 민감하게 반응하지 않는다. 이 경우에, 상기 설계 시디를 증가시켜도 상기 노광 시디가 고정되는 구간(M1)은 공정여유도(process margin)가 매우 크다. 즉, 상기 설계 시디를 증가시켜도 상기 노광 시디가 고정되는 구간(M1)은 양산 적용에 적합하다. 상기 설계 시디 90nm 내지 100nm 구간에 있어서, 상기 설계 시디를 증가시킬지라도 상기 노광 시디는 오히려 감소한다. 또한, 상기 설계 시디를 증가시킬지라도 상기 노광 시디가 감소하는 구간은 상기 설계 시디를 증가시킴에 따라 상기 노광 시디가 민감하게 감소하는 특성을 보인다. 상기 설계 시디를 증가시킬지라도 상기 노광 시디가 감소하는 구간은 상기 공정산포에 의한 오차에 민감하게 반응하므로 양산 적용이 어렵다.
상기 위상반전 함몰패턴을 갖는 상기 크롬리스 위상반전마스크는 상기 설계 시디(design CD)를 증가시킴에 따라 곡선 T와 같은 시뮬레이션 특성을 보인다. 상기 설계 시디 60nm 내지 80nm 구간에 있어서, 상기 설계 시디를 증가시킴에 따라 상기 노광 시디(ADI CD)가 민감하게 증가하는 특성을 보인다. 예를 들면, 상기 설계 시디가 60nm 일 때 상기 노광 시디는 50nm 이고, 상기 설계 시디가 80nm 일 때 상기 노광 시디는 85nm 이다. 그런데, 상기 위상반전 함몰패턴을 갖는 상기 크롬리스 위상반전마스크도 제조과정상 공정산포에 의한 오차를 가질 수 있다. 이와 같이, 상기 설계 시디에 따라 상기 노광 시디가 민감하게 변하는 구간은 상기 공정산포에 의한 오차에 민감하게 반응한다. 즉, 상기 설계 시디에 따라 상기 노광 시디가 민감하게 변하는 구간은 양산 적용을 어렵게 한다. 상기 설계 시디 90nm 내지 110nm 구간(T1)에 있어서, 상기 설계 시디를 증가시킬지라도 상기 노광 시디는 더 이상 증가하지 않는다. 즉, 상기 설계 시디가 90nm 에서 110nm 로 증가하여도 상기 노광 시디는 90nm 에 고정(T1)된다. 바꾸어 말하면, 상기 노광 시디 90nm를 얻기 위한 상기 설계 시디는 90nm 내지 110nm의 상대적으로 넓은 구간(T1)을 갖는다. 이와 같이, 상기 설계 시디를 증가시켜도 상기 노광 시디가 고정되는 구간(T1)은 상기 공정산포에 의한 오차에 민감하게 반응하지 않는다. 이 경우에, 상기 설계 시디 를 증가시켜도 상기 노광 시디가 고정되는 구간(T1)은 공정여유도(process margin)가 매우 크다. 즉, 상기 설계 시디를 증가시켜도 상기 노광 시디가 고정되는 구간(T1)은 양산 적용에 적합하다. 상기 설계 시디 110nm 내지 125nm 구간에 있어서, 상기 설계 시디를 증가시킬지라도 상기 노광 시디는 오히려 감소한다. 또한, 상기 설계 시디를 증가시킬지라도 상기 노광 시디가 감소하는 구간은 상기 설계 시디를 증가시킴에 따라 상기 노광 시디가 민감하게 감소하는 특성을 보인다. 상기 설계 시디를 증가시킬지라도 상기 노광 시디가 감소하는 구간은 상기 공정산포에 의한 오차에 민감하게 반응하므로 양산 적용이 어렵다.
이에 더하여, 상기 설계 시디(design CD) 90nm는 상기 위상반전 돌출패턴 및 상기 위상반전 함몰패턴 모두에 있어서 공정여유도(process margin)가 큰 구간에 포함된다. 이 경우에, 상기 위상반전 돌출패턴 및 상기 위상반전 함몰패턴 모두를 상기 설계 시디(design CD) 90nm로 제작하여도 각각의 상기 노광 시디(ADI CD)는 서로 다른 결과를 얻을 수 있다. 상기 위상반전 돌출패턴의 상기 설계 시디(design CD) 90nm에서 상기 노광 시디(ADI CD) 80nm를 얻을 수 있으며, 상기 위상반전 함몰패턴의 상기 설계 시디(design CD) 90nm에서 상기 노광 시디(ADI CD) 90nm를 얻을 수 있다. 즉, 상기 노광 시디 80nm 영역 및 상기 노광 시디 90nm영역을 동시에 구비하는 반도체소자를 형성할 때, 상기 위상반전 돌출패턴 및 상기 위상반전 함몰패턴 모두를 상기 설계 시디 90nm로 제작할 수 있다.
도 5 및 도 6을 다시 참조하면, 상기 트렌치 회로 영역(T)에는 상기 위상반전 함몰패턴들(55T) 사이의 돌출부분들 및 상기 위상반전 함몰패턴들(55T)이 형성 된다. 또한, 상기 메사 회로 영역(M)에는 상기 위상반전 돌출패턴들(65) 사이의 함몰영역들 및 상기 위상반전 돌출패턴들(65)이 형성된다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따르면 상기 마스크 본체(50) 상에 상기 위상반전 함몰패턴들(55T) 및 상기 위상반전 돌출패턴들(65)을 모두 갖는 크롬리스 위상반전마스크를 제조할 수 있다. 이에 따라, 상기 위상반전 돌출패턴들(65)이 상대적으로 큰 공정여유도(process margin)를 갖는 구간(M1) 및 상기 위상반전 함몰패턴들(55T)이 상대적으로 큰 공정여유도(process margin)를 갖는 구간(M1)을 조합하여 상기 크롬리스 위상반전마스크를 제조할 수 있다. 예를 들면, 상기 노광 시디 80nm 가 필요한 회로영역은 상기 위상반전 돌출패턴들(65)을 형성하고, 상기 노광 시디 90nm 가 필요한 회로영역은 상기 위상반전 함몰패턴들(55T)을 형성할 수 있다.
한편, 포토 공정에 사용되는 노광 장치는, 통상적으로, 지정된 파장을 가지는 빛을 조사하는 광원과, 포토 마스크가 장착되는 마스크 장착 장치와, 상기 광원과 상기 마스크 장착 장치의 연장선상에 배치되는 집광렌즈(focus lens)를 포함한다.
상기 위상반전 함몰패턴(55T)을 투과한 빛이 상기 위상반전 함몰패턴들(55T) 사이의 돌출부분을 투과한 빛과 180도 의 위상차를 갖도록 하기 위하여, 상기 위상반전 함몰패턴들(55T) 사이의 돌출부분 및 상기 위상반전 함몰패턴들(55T)은 상기 함몰깊이(DT) 및 피치(pitch)를 조절하여 형성하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 함몰깊이(DT) 및 피치(pitch)는 상기 노광 장치로부터 조사되는 빛의 파장(λ) 과 회절각도(θ)를 고려하여 결정할 수 있다.
이와 마찬가지로, 상기 위상반전 돌출패턴들(65) 사이의 함몰영역 및 상기 위상반전 돌출패턴들(65) 또한 상기 돌출높이(HM) 및 피치(pitch)를 조절하여 형성하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 돌출높이(HM) 및 피치(pitch) 또한 상기 노광 장치로부터 조사되는 빛의 파장(λ) 과 회절각도(θ)를 고려하여 결정할 수 있다.
상기 위상반전 함몰패턴들(55T) 및 상기 위상반전 돌출패턴들(65)은 같은 피치(pitch)를 갖도록 형성할 수 있다. 이 경우에, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 위상반전 함몰패턴들(55T) 및 상기 위상반전 돌출패턴들(65)이 같은 피치(pitch)를 갖는다 할지라도 서로 다른 상기 노광 시디(ADI CD)를 얻을 수 있다. 즉, 같은 피치(pitch)를 갖는 상기 위상반전 함몰패턴들(55T) 및 상기 위상반전 돌출패턴들(65)을 이용하여 서로 다른 크기의 패턴들을 정교하게 형성할 수 있다.
이에 더하여, 상기 위상반전 함몰패턴들(55T)은 상기 위상반전 돌출패턴들(65) 보다 큰 피치(pitch)를 갖도록 형성할 수 있다. 이 경우에, 상기 위상반전 함몰패턴들(55T)의 공정여유도(process margin)가 큰 구간 및 상기 위상반전 돌출패턴들(65)의 공정여유도(process margin)가 큰 구간이 서로 다른 점을 이용하여 서로 다른 크기의 패턴들을 정교하게 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 위상반전 함몰패턴들 및 위상반전 돌출패턴들이 하나의 마스크 본체 상에 형성될 수 있다. 상기 위상반전 함몰패턴들의 공정여유도(process margin)가 큰 구간 및 상기 위상반전 돌출패턴들의 공정여유도(process margin)가 큰 구간은 서로 다르다. 이에 따라, 서로 다른 크기의 패턴들 을 정교하게 형성할 수 있는 크롬리스 위상반전마스크를 제조할 수 있다.

Claims (17)

  1. 트렌치 회로 영역 및 메사 회로 영역을 갖는 마스크 본체 표면에 하드마스크 막을 형성하고,
    상기 하드마스크 막을 패터닝 하여 상기 트렌치 회로 영역 상에 트렌치 하드마스크 패턴을 형성하고,
    상기 트렌치 하드마스크 패턴을 식각마스크로 이용하여 상기 마스크 본체를 이방성 식각하여 상기 트렌치 회로 영역에 예비 함몰패턴을 형성하고,
    상기 트렌치 하드마스크 패턴을 갖는 상기 하드마스크 막을 패터닝 하여 상기 메사 회로 영역 상에 메사 하드마스크 패턴을 형성함과 동시에 상기 트렌치 회로 영역 상부면을 노출시키고,
    상기 메사 하드마스크 패턴을 식각마스크로 이용하여 상기 마스크 본체를 이방성 식각하여 상기 메사 회로 영역에 위상반전 돌출패턴들을 형성함과 동시에 상기 트렌치 회로 영역에 위상반전 함몰패턴들을 형성하되, 상기 위상반전 함몰패턴들 사이의 돌출부분은 상기 위상반전 돌출패턴의 상부면 보다 아래 레벨에 형성되는 것을 특징으로 하는 크롬리스 위상반전마스크의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스크 본체는 석영(quartz)으로 형성된 것을 특징으로 하는 크롬리스 위상반전마스크의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하드마스크 막은 상기 마스크 본체에 대하여 식각선택비를 갖는 물질막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 크롬리스 위상반전마스크의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 하드마스크 막은 크롬(Cr)막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 크롬리스 위상반전마스크의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 이방성 식각은 플라즈마를 이용하는 건식식각 공정에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 크롬리스 위상반전마스크의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스크 본체를 이방성 식각하여 상기 트렌치 회로 영역에 예비 함몰패턴을 형성하는 것은,
    1회 식각방식 또는 다단계(multi-step) 식각방식을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 크롬리스 위상반전마스크의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 다단계(multi-step) 식각방식은
    상기 트렌치 하드마스크 패턴을 식각마스크로 이용하여 상기 마스크 본체의 일부만을 이방성 식각하고,
    세정공정을 이용하여 상기 마스크 본체 및 상기 트렌치 하드마스크 패턴 상의 오염물질을 제거하는 것을 2회 이상 반복하여 수행하는 것을 특징으로 하는 크롬리스 위상반전마스크의 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스크 본체를 이방성 식각하여 상기 메사 회로 영역에 위상반전 돌출패턴들을 형성함과 동시에 상기 트렌치 회로 영역에 위상반전 함몰패턴들을 형성하는 것은,
    1회 식각방식 또는 다단계(multi-step) 식각방식을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 크롬리스 위상반전마스크의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 다단계(multi-step) 식각방식은
    상기 메사 하드마스크 패턴을 식각마스크로 이용하여 상기 마스크 본체의 일부만을 이방성 식각하고,
    세정공정을 이용하여 상기 마스크 본체 및 상기 메사 하드마스크 패턴 상의 오염물질을 제거하는 것을 2회 이상 반복하여 수행하는 것을 특징으로 하는 크롬리 스 위상반전마스크의 제조방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상반전 돌출패턴들 사이의 함몰영역 및 상기 위상반전 돌출패턴을 투과하는 빛은 180도의 위상차를 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 크롬리스 위상반전마스크의 제조방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상반전 함몰패턴들 사이의 돌출부분 및 상기 위상반전 함몰패턴을 투과하는 빛은 180도의 위상차를 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 크롬리스 위상반전마스크의 제조방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상반전 함몰패턴들 사이의 돌출부분 상부면 및 상기 위상반전 돌출패턴들 사이의 함몰부분 바닥면은 실질적으로 동일 평면상에 형성되는 것을 특징으로 하는 크롬리스 위상반전마스크의 제조방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상반전 함몰패턴들 및 상기 위상반전 돌출패턴들은 같은 피치(pitch)를 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 크롬리스 위상반전마스크의 제조방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상반전 함몰패턴들은 상기 위상반전 돌출패턴들 보다 큰 피치(pitch)를 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 크롬리스 위상반전마스크의 제조방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상반전 함몰패턴들 및 상기 위상반전 돌출패턴들의 피치는 조사되는 빛의 파장(λ)과 회절각도(θ)에 의하여 결정된 값으로 형성하는 것을 특징으로 하는 크롬리스 위상반전마스크의 제조방법.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상반전 함몰패턴들의 함몰깊이 및 상기 위상반전 돌출패턴들의 돌출높이는 조사되는 빛의 파장(λ)과 회절각도(θ)에 의하여 결정된 값으로 형성하는 것을 특징으로 하는 크롬리스 위상반전마스크의 제조방법.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상반전 함몰패턴들 및 상기 위상반전 돌출패턴들을 형성한 후
    상기 메사 하드마스크 패턴을 제거하고,
    상기 마스크 본체를 세정하는 것을 더 포함하는 크롬리스 위상반전마스크의 제조방법.
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