KR100844981B1

KR100844981B1 - 위상반전 마스크 및 이의 형성방법

Info

Publication number: KR100844981B1
Application number: KR1020060127625A
Authority: KR
Inventors: 윤기성; 김희범; 최선영
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2006-12-14
Filing date: 2006-12-14
Publication date: 2008-07-09
Also published as: US20080145771A1; US7897299B2; US20110104593A1; KR20080054932A

Abstract

광투과율을 조절할 수 있는 감쇠형 위상반전 마스크 및 이의 제조방법이 개시된다. 투명기판 상에 위상 반전막 및 차광막을 적층한다. 상기 위상 반전막 및 상기 차광막의 일부를 연속적으로 제거하여 제1 개구를 구비하는 차광패턴 및 상기 제1 개구와 연속하게 형성되어 상기 투명기판의 일부를 노출하는 제2 개구를 구비하는 위상반전 패턴을 형성한다. 상기 차광 패턴의 일부를 제거하여 적어도 하나의 상기 위상반전 패턴을 포함하며, 상기 위상반전 패턴의 상부면에 광투과율 조절부재를 구비하는 투광부를 형성한다. 광투과율 조절부재는 흡수계수가 높은 금속을 이용하여 스퍼터링 공정 및 확산에 의해 형성된다. 간섭광 편차를 줄이고 노광공정의 공정마진을 개선할 수 있다.

Description

위상반전 마스크 및 이의 형성방법 {Phase shift mask and method of forming the same}

도 1은 종래의 감쇠형 PSM에 대하여 0차 간섭광과 1차 간섭광의 세기를 나타내는 그래프이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 위상반전 마스크를 나타내는 단면도이다.

도 3a 내지 도 3g는 도 2에 도시한 위상반전 마스크를 제조하기 위한 단계를 나타내는 단면도들이다.

도 4a 및 도 4b는 간섭광 편차를 최소화하는 광투과율 조절부재의 두께를 실험적으로 확인한 그래프이다.

도 5a 및 도 5b는 광투과율 조절부재를 구비하는 위상반전 마스크를 이용한 노광공정의 프로세스 윈도와 노광역을 나타내는 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 투명기판 200: 차광패턴

220: 제1 개구 240: 투광영역

280: 투광부 300: 위상반전 패턴

320: 제2 개구 400: 광투과율 조절부재

700: 금속박막

본 발명은 감쇠형 위상 반전 마스크 및 이의 형성방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 0차광과 1차광의 광세기 차이를 최소화 할 수 있는 감쇠형 위상 반전 마스크 및 이의 형성방법에 관한 것이다.

반도체 장치가 고집적화 됨에 따라 소자의 디자인 룰이 점점 더 축소되고 있으며, 최근에는 임계치수(critical dimension)가 0.07㎛ 이하까지 요구되고 있다. 이와 같은 디자인 룰의 축소와 CD의 감소는 반도체 장치의 제조공정 중에 다양하게 요구되는 패턴이 높은 해상도를 가질 것을 요구하고 있다.

고해상도의 패턴을 구현하기 위해 다양한 해상도 향상기술(Resolution Enhancement Technology, RET)이 적용되고 있다. 예를 들면, 미세 영역으로의 광 주사를 보장하기 위해 개구수(numerical aperture)를 높이고, 쌍극 또는 대칭극 조사(dipole or cross-pole illumination)방식을 이용하며, 단파장광을 노광광원으로 이용하는 등의 노력이 진행되고 있다. 특히, 최근의 고집적화 경향에 따라 패턴 형성을 위한 노광광원으로 248nm의 파장을 갖는 불화크립톤(KrF) 엑시머 레이저, 193nm의 파장을 갖는 불화아르곤(ArF) 엑시머 레이저 및 157nm의 파장을 갖는 불소(F2) 엑시머 레이저와 같은 단파장 광의 사용이 일반화되고 있는 경향이다. 이와 같은 단파장 광의 사용은 패턴의 해상도를 향상할 수는 있지만, 노광공정의 초점심도(DOF)를 저하시키는 문제점이 있다. 따라서, 상기 RET는 상술한 바와 같은 단파 장광에 의한 노광공정의 문제점을 개선하기 위해 위상 반전 마스크(phase shift mask, PSM)를 이용하는 것이 일반적이다. 상기 위상반전 마스크로서, 과거에는 투명기판 자체에 단차를 주어 위상 변화를 유도하는 방식을 많이 이용하였지만, 최근에는 위상변화를 야기하는 막질을 상기 투명기판의 상부에 별개로 형성하는 방식이 널리 이용되고 있다. 특히, 컨택 홀이나 고립 패턴과 같이 종횡비(aspect ratio)가 큰 패턴을 형성하는 경우에는 감쇠형 위상 반전 마스크(attenuated PSM)가 가장 널리 이용되고 있다.

상기 감쇠형 PSM은 단일막 또는 이중막을 이용하여 입사되는 광의 위상을 변화시키고 투과율을 조절하여 노광영역에 도달하는 0차 간섭광 및 1차 간섭광의 광의 세기를 근사하게 유지함으로써 대상막을 균일하게 노광한다. 패턴의 사이즈가 작아지면서 2차 이상의 간섭광은 상기 0차 간섭광과 동일한 영역에 주사될 가능성이 희박하므로 노광공정에서는 일반적으로 0차 간섭광 및 1차 간섭광을 중심으로 노광영역에 도달하는 광의 세기를 평가한다. 이때, 상기 0차 간섭광 및 1차 간섭광의 세기 편차(이하, 간섭광 편차라 함)가 허용오차 범위 내인 경우에는 노광영역으로 입사되는 광이 균일한 세기를 갖는 단일한 광으로 취급할 수 있으므로 상기 마스크 상에 형성된 회로패턴이 정확하게 전사될 수 있다.

그러나, 최근의 한계치수 감소 및 패턴 사이즈의 축소에 따라 상기 감쇠형 PSM의 투과영역의 사이즈가 축소됨으로써 간섭광의 편차가 증대되어 동일한 노광대상 영역에서 0차 간섭광에 노출되는 제1 영역과 1차 간섭광에 노출되는 제2 영역이 서로 다른 용해도를 갖게 되어 상기 마스크 상의 회로 패턴이 정확하게 전사되지 못하는 문제점이 발생한다.

도 1은 종래의 감쇠형 PSM에 대하여 0차 간섭광과 1차 간섭광의 세기를 나타내는 그래프이다. 도 1에서 세로축은 광의 세기를 나타내고, 가로축은 패턴 사이즈를 나타낸다.

도 1을 참조하면, 패턴 사이즈가 축소될수록 0차 간섭광과 1차 간섭광 사이의 상기 간섭광 편차는 더욱 증가하는 것을 알 수 있다. 특히, 패턴 사이즈가 작아질수록 상기 0차 간섭광의 세기가 작아지고 상대적으로 1차 간섭광의 세기는 크게 변하지 않아 상기 간섭광 편차는 증가하는 경향을 나타내고 있다. 특히, 약 40nm인 경우는 패턴 사이즈가 약 100nm인 경우보다 상기 간섭광의 세기차이가 약 2배 정도로 증가하는 것을 알 수 있다.

상술한 바와 같은 간섭과 편차를 줄이기 위하여 차광패턴의 모서리에서 위상변화를 보상해 주는 모서리 위상 보상 PSM (phase-edge PSM, PEPSM) 또는 무크롬 마스크(chrome-less mask, CLM) 등이 제안되었지만 추가적인 공정이 요구되어 공정효율상 바람직하지 않은 것으로 알려져 있다.

이에 따라, 차광패턴의 사이즈가 축소됨에도 불구하고 노광대상 영역에서 상기 간섭광 편차를 줄일 수 있는 새로운 감쇠형 PSM이 요구되고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 노광대상 영역에서 간섭광 편차를 줄일 수 있는 새로운 위상 반전 마스크를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기와 같은 위상반전 마스크를 제조하는 방법을 제 공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 위상반전 마스크는 광을 투과시키는 투명기판, 상기 투명기판 상에 위치하여 광이 상기 투명기판으로 입사되는 것을 차단하며 상기 투명기판을 부분적으로 노출하여 광이 상기 투명기판으로 입사되는 투광부를 한정하는 차광패턴, 상기 투광부를 통하여 노출된 상기 투명기판의 상면에 위치하며, 입사된 광의 위상을 변화시키는 위상반전 패턴, 및 상기 투광부에 위치하는 상기 위상반전 패턴의 상부에 위치하여 상기 투광부로 입사된 광의 상기 위상반전 패턴에 대한 투과율을 조절하는 광투과율 조절부재를 포함한다.

일실시예로서, 상기 위상반전 패턴은 실리콘 몰리브덴(MoSi)을 포함하고, 상기 차광패턴은 크롬(Cr)을 포함한다. 상기 광투과율 조절부재는 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W)으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 포함하며, 상기 위상반전 패턴을 통과하는 광의 투과율을 조절하여 대상물의 노광영역에서 0차 간섭광과 1차 간섭광의 광의 세기를 균일하게 유지한다. 상기 광은 193nm의 파장을 갖는 아르곤 플로라이드(ArF) 엑시머 레이저를 포함하며 상기 광투과율 조절부재는 상기 위상반전 패턴의 상면으로부터 100nm 내지 500nmm의 깊이를 갖는 확산막을 포함한다. 이때, 상기 위상 반전 패턴은 상기 투명기판의 상면으로부터 400Å 내지 600Å의 두께를 갖는다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에에 의하면, 위상반전 마스크의 제조방법이 개시된다. 투명기판 상에 위상 반전막 및 차광막이 차례로 적층된 블랭크 마스크를 준비한다. 상기 위상 반전막 및 상기 차광막의 일부를 연속적으로 제거하여 제1 개구를 구비하는 차광패턴 및 상기 제1 개구와 연속하게 형성되어 상기 투명기판의 일부를 노출하는 제2 개구를 구비하는 위상반전 패턴을 형성한다. 이어서, 상기 차광 패턴의 일부를 제거하여 적어도 하나의 상기 위상반전 패턴을 포함하며 상기 위상반전 패턴의 상부면에 광투과율 조절부재를 구비하는 투광부를 형성한다.

일실시예로서, 상기 투광부를 형성하는 단계는, 상기 차광패턴의 상면에 마스크 막을 형성하여 상기 제1 개구 및 제2 개구를 매립하는 단계, 적어도 하나의 상기 차광패턴을 노출하는 제2 마스크 패턴을 형성하는 단계, 및 상기 제2 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 차광패턴을 식각하여 상기 위상 반전 패턴을 노출하는 투광영역을 형성하는 단계, 노출된 상기 위상반전 패턴의 상면에 박막을 형성하는 단계, 및 상기 박막을 구성하는 물질을 상기 위상반전 패턴의 내부로 확산시키는 단계를 포함한다. 상기 박막은 상기 차광패턴의 상면에 형성된 상기 제2 마스크 패턴을 증착 마스크로 이용하여 상기 투광영역을 통하여 노출된 상기 위상반전 패턴의 상면에 금속물질을 증착하여 형성하며, 상기 금속물질은 1.5 이상의 흡수율을 갖는다. 예를 들면, 상기 금속물질은 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W)으로 구성된 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 포함한다. 일실시예로서, 상기 금속물질을 증착하는 단계는 헬륨(He) 가스 또는 아르곤(Ar) 가스를 스퍼터링 가스로 이용하며 600MW 내지 4,500MW의 바이어스 파워로 수행되는 스퍼터링 증착공정에 의해 수행된다. 상기 박막 구성물질을 확산시키는 단계는 어닐링 공정에 의해 수행되며, 상기 어닐링 공정은 텅스텐-할로겐 램프를 열원으로 이용하는 급속 열처리(rapid thermal treatment) 장치에서 의해 수행된다.

본 발명에 의하면, 상기 광투과율 조절부재에 의해 상기 위상반전 패턴을 투과하는 광의 양을 조절함으로써 노광대상 영역에서 0차 간섭광과 1차 간섭광의 광세기에 관한 편차를 줄일 수 있다. 이에 따라, 상기 노광대상 영역에 형성되는 패턴을 균일하게 형성할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다. 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다. 첨부된 도면에 있어서, 기판, 층(막), 영역, 패턴들 또는 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 본 발명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 패턴들의 "상에", "상부" 또는 "하부"에 형성되는 것으로 언급되는 경우에는 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 직접 기판, 각 층(막), 영역 또는 패턴들 위에 형성되거나 또는 아래에 위치하는 것을 의미하거나, 다른 층(막), 다른 영역, 다른 패턴 또는 다른 구조물들이 기판 상에 추가적으로 형성될 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 위상반전 마스크(900)는 광을 투과시키는 투명기판(100), 상기 투명기판(100)상에 위치하는 차광패턴(200)과 위상반전 패턴(300) 및 상기 위상반전 패턴(300) 상에 형성된 광투과율 조절부재(400)를 포함한다.

상기 투명기판(100)은 입사된 광을 모두 투과시키는 투명성 기판으로서 석영(Quartz)으로 구성된 유리기판을 포함한다. 필요한 경우, 상기 투명기판(100)의 상면에는 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide)막을 더 포함할 수 있다.

상기 투명기판(100)의 상면에는 광을 차단하는 차광패턴(200) 및 위상반전 패턴(300)이 위치한다. 일실시예로서, 상기 위상반전 패턴(300) 및 상기 차광패턴(200)은 상기 투명기판(100)의 상면에 차례로 적층되어 있다.

상기 차광패턴(200)은 상기 투명기판(100) 상에 위치하여 광이 상기 투명기판(100)으로 입사되는 것을 차단하며, 크롬(Cr), 질화크롬(CrN), 탄화크롬(CrC) 또는 탄화질화크롬(CrCN)으로 구성된다. 한편, 상기 차광패턴(200)은 상기 투명기판(100)을 부분적으로 노출하여 광이 투과할 수 있는 경로를 형성하는 투광부(280)를 구비한다. 상기 투광부(280)는 반도체 소자를 형성하기 위한 노광대상 기판으로 전사할 회로패턴에 대응하는 형상을 갖는다. 따라서, 상기 투명기판(100)의 상부면은 상기 투광부(280)를 따라 노출되고 나머지 영역은 상기 차광패턴(200)에 의해 덮여지므로, 광은 상기 회로패턴의 형상을 따라 상기 투명기판(100)으로 입사한다.

상기 투명기판(100)과 상기 차광패턴(200) 사이에는 상기 투명기판(100)으로 입사되는 광의 위상을 반전시켜 간섭광의 세기를 조절하기 위한 위상반전 패턴(300)이 위치한다. 특히, 상기 투광부(280)에서는 상기 차광패턴(200)이 부분적 으로 제거되어 상기 투명기판이 노출되어 있으므로 상기 투광부(280)의 내부에는 상기 차광패턴은 위치하지 않고 상기 위상반전 패턴(300)만이 위치한다.

일실시예로서, 상기 위상반전 패턴(300)은 몰리브덴(Mo), 실리콘 몰리브덴(MoSi), 질화 실리콘 몰리브덴(MoSiN), 산질화 실리콘 몰리브덴(MoSiON), 탄화 질화 실리콘 몰리브덴(MoSiCN) 또는 탄화 산질화 실리콘 몰리브덴(MoSiCON) 중의 어느 하나로 구성된다.

상기 위상반전 패턴(300)은 입사된 광을 일정한 투과율로 투과시키며 투과광의 위상을 입사광의 위상과 비교하여 일정한 각도로 변화시킴으로써 노광대상 영역에 도달하는 간섭광의 세기를 제어한다. 상기 위상반전 마스크(900)를 노광공정의 마스크 패턴으로 이용하는 경우, 상기 투광부(280)를 통과한 투과광은 회절되어 노광대상 기판의 표면에서 간섭광을 형성한다. 이때, 주로 간섭되지 않은 0차광과 1차 보강간섭된 광인 1차광에 의해 상기 노광대상 기판에 대한 노광이 수행된다. 상기 위상반전 패턴(300)은 입사광과 비교하여 투과광의 위상을 적절하게 변경시킴으로써 간섭에 의해 형성되는 0차광과 1차광의 광의 세기를 일정한 범위에서 제어할 수 있다.

상기 위상반전 패턴(300)의 상부에는 상기 위상반전 패턴(300)으로 입사한 광의 투과율을 조절하는 광투과율 조절부재(400)가 위치한다. 상기 광투과율 조절부재(400)는 상기 위상반전 패턴(300)을 통과하는 광의 투과율을 조절하여 감광막을 구비하는 상기 노광대상 기판의 상면에서 0차 간섭광과 1차 간섭광의 광의 세기를 균일하게 유지한다.

일실시예로서, 상기 광투과율 조절부재(400)는 상기 위상반전 패턴(300)의 상부면으로부터 약 100nm 내지 약 500nm의 깊이를 갖도록 확산된 확산막을 포함한다. 상기 광투과율 조절부재(400)를 구성하는 물질은 흡수계수(absorption coefficient)가 큰 금속을 포함한다. 본 실시예에 의한 위상반전 마스크(900)는 약 1.5 이상의 흡수계수를 갖는 금속물질로 형성된 광투과율 조절부재(400)를 구비한다. 예를 들면, 상기 금속물질은 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W)을 포함한다. 이때, 상기 위상반전 패턴(300)은 약 4,000nm 내지 약 6,000nm의 두께를 갖는다. 따라서, 상기 광투과율 조절부재(400)는 상기 위상반전 패턴(300)의 상부에서 상기 위상반전 패턴(300) 두께의 약 1.25% 내지 약 8.3%를 차지한다.

이상과 같은 본원발명의 일실시예에 의한 위상 반전 마스크(900)에 의하면, 상기 위상반전 패턴의 상부에 광투과율 조절부재(400)를 형성하여 상기 위상반전 패턴(300)을 통과하는 광의 투과율을 조절한다. 상기 위상반전 패턴(300)을 통과하는 광의 양에 의해 노광대상 기판의 표면에서 간섭광인 0차광과 1차광의 광의 세기가 조절되므로 상기 광투과율 조절부재(400)에 의해 0차광과 1차광의 광의 세기에 관한 차이인 간섭광 편차를 최소화 할 수 있다. 이에 따라, 상기 위상반전 마스크(900)를 노광공정의 마스크 패턴으로 사용하는 경우, 간섭광 편차에 의해 발생하는 노광 불균일도를 최소화 할 수 있다.

도 2 및 도 3a를 참조하면, 광을 투과하는 투명기판(100) 상에 위상 반전 막(300a) 및 차광막(200a)이 차례로 적층된 블랭크 마스크를 준비한다.

상기 위상 반전막(300a)은 몰리브덴(Mo), 실리콘 몰리브덴(MoSi), 질화 실리콘 몰리브덴(MoSiN), 산질화 실리콘 몰리브덴(MoSiON), 탄화 질화 실리콘 몰리브덴(MoSiCN) 및 탄화 산질화 실리콘 몰리브덴(MoSiCON)으로 구성된 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 포함한다. 또한, 상기 차광막(200a)은 크롬(Cr), 질화크롬(CrN), 탄화크롬(CrC) 및 탄화질화크롬(CrCN)으로 구성된 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 포함한다. 본 실시예의 경우 상기 위상 반전막(300a)은 실리콘 몰리브덴으로 형성되며, 상기 차광막(200a)은 크롬(Cr)으로 구성된다. 또한, 상기 투명기판(100)은 석영(Quartz)으로 구성된 유리기판을 포함하며, 상기 블랭크 마스크는 감쇠형 위상 반전 마스크(attenuated PSM)의 블랭크 마스크를 포함한다.

도 2 및 도 3b를 참조하면, 상기 위상 반전막(300a) 및 상기 차광막(200a)의 일부를 연속적으로 제거하여 제1 개구(220)를 구비하는 차광패턴(200) 및 상기 제1 개구(220)와 연속하게 형성되어 상기 투명기판(100)의 일부를 노출하는 제2 개구(320)를 구비하는 위상반전 패턴(300)을 형성한다.

구체적으로, 상기 블랭크 마스크를 구성하는 차광막(200a)의 상면에 제1 마스크 패턴(500)을 형성한다. 상기 제1 마스크 패턴(500)은 포토레지스트 막을 포토리소그라피 공정을 통하여 형성한 포토레지스트 패턴을 포함한다. 이어서, 상기 제1 마스크 패턴(500)을 식각 마스크로 이용하여 상기 차광막(200a)을 부분적으로 식각하여 상기 위상 반전막(300a)의 일부를 노출하는 제1 개구(220)를 형성한다. 이에 따라, 상기 차광막(200a)은 상기 제1 개구(220)를 구비하는 차광패턴(220)으로 형성된다. 상기 차광패턴(200)을 완성한 후 상기 제1 마스크 패턴(500)을 상기 차광패턴(200)의 상면으로부터 제거하고, 상기 차광패턴(200)을 식각 마스크로 이용하여 상기 위상 반전막(300a)을 부분적으로 식각하여 상기 제1 개구(220)와 연속하는 제2 개구(320)를 형성한다. 이에 따라, 상기 위상 반전막(300a)은 상기 제2 개구(320)를 구비하는 위상 반전 패턴(300)으로 형성된다.

일실시예로서, 상기 차광막(200) 및 위상 반전막(300)은 염소(Cl2) 가스와 산소(O2) 가스의 혼합가스를 식각가스로 이용하는 건식 식각공정을 이용하거나 질산암모늄세륨(Ceric Ammonium Nitrate, Ce(NH4)2(NO3)6)과 과염소산(Perchloric Acid, HClO4)의 혼합물을 식각액으로 이용하는 습식 식각공정에 의해 제거될 수 있다. 그러나, 상기 식각가스 또는 상기 식각액의 종류 및 조성은 상기 차광막(200a) 및 위상 반전막(300a)의 조성에 따라 달라질 수 있음은 자명하다.

다른 실시예로서, 상기 차광막(200a) 및 상기 위상 반전막(300a)을 부분적으로 제거하는 공정은 상기 제1 마스크 패턴(500)을 식각 마스크로 이용하는 단일한 식각 공정에 의해 연속적으로 수행될 수 있음은 자명하다. 따라서, 상기 차광막(200a)의 상면에 제1 마스크 패턴(500)을 형성하고, 상기 제1 마스크 패턴(500)을 식각 마스크로 이용하여 상기 차광막(200a) 및 상기 위상 반전막(300a)의 일부를 연속적으로 식각하여 상기 투명기판(100)의 일부를 노출하는 제2 개구(320) 및 상기 제2 개구(320)와 연속하는 제1 개구(220)를 형성할 수 있다.

상기 차광패턴(200) 및 상기 위상반전막 패턴(300)을 완성 한 후, 스트립 공정에 의해 상기 제1 마스크 패턴(500)을 상기 차광패턴(200)의 상면으로부터 제거 한다.

도 2 및 도 3c를 참조하면, 상기 차광패턴(200)의 상면에 광이 투과하는 투광 영역을 형성하기 위한 제2 마스크 패턴(600)을 형성한다.

구체적으로, 상기 차광패턴(200)의 상면에 상기 제1 및 제2 개구(220,320)를 매립할 정도의 충분한 두께를 갖는 마스크 막(미도시)을 형성하고, 상기 차광패턴(200)의 상면으로부터 일정한 두께를 갖도록 상기 마스크 막을 평탄화 한다. 이어서, 포토리소그래피 공정에 의해 상기 마스크 막의 일부를 제거하여 적어도 하나의 상기 차광패턴(200)을 노출하는 제2 마스크 패턴(600)을 형성한다. 상기 포토리소그래피의 공정조건을 조절하여 상기 차광패턴(200)의 상면이 노출되도록 상기 마스크 막을 제거한다. 이때, 상기 제1 및 제2 개구(220,320)의 내부에 형성되는 상기 마스크 패턴(600)은 상기 차광패턴(200)의 상면보다 동일하거나 낮은 위치에 상면이 위치한다. 상기 마스크 패턴(600)에 의해 노출되는 영역은 후속공정에 의해 광이 상기 투명기판(100)으로 입사되는 투광영역(도 3d의 240)을 형성한다.

도 2 및 도 3d를 참조하면, 상기 제2 마스크 패턴(600)을 식각 마스크로 이용하여 상기 차광패턴(200)을 식각하여 상기 위상반전 패턴(300)을 노출하는 투광영역(240)을 형성한다. 일실시예로서, 상기 제2 마스크 패턴을 통하여 노출된 상기 차광패턴(200)은 상기 제1 및 제2 개구(220,320)을 형성할 때와 마찬가지로 염소(Cl2) 가스와 산소(O2) 가스의 혼합가스를 식각가스로 이용하는 건식 식각공정을 이용하거나 질산암모늄세륨(Ceric Ammonium Nitrate, Ce(NH4)2(NO3)6)과 과염소산(Perchloric Acid, HClO4)의 혼합물을 식각액으로 이용하는 습식 식각공정에 의 해 제거될 수 있다. 이때, 상기 위상반전 패턴(300)의 상면을 식각 정지막으로 이용하여 식각을 수행함으로써 상기 제2 마스크 패턴을 통하여 노출된 상기 차광패턴(200)만을 상기 기판(100)으로부터 제거할 수 있다. 상기 차광패턴(200)이 제거되는 동안 상기 제1 개구(220)를 매립하고 있던 상기 제2 마스크 패턴(600)도 함께 제거된다. 일실실예로, 상기 차광패턴(200)이 제거되는 식각율과 상기 제2 마스크 패턴(600)이 제거되는 식각율이 동일한 경우에는 상기 제2 개구(320)에 잔류하는 상기 제2 마스크 패턴(600)의 상면과 상기 위상반전 패턴(300)의 상면이 동일한 위치에 형성된다. 그러나, 잔류하는 상기 제2 마스크 패턴(600)의 상면과 상기 위상반전 패턴(300)의 상면이 반드시 동일한 평면에 위치할 필요는 없다. 그러나, 상기 제2 개구(320)에 잔류하는 상기 제2 마스크 패턴(600)은 후속하는 광투과율 조절부재를 형성하기 위한 증착공정으로부터 상기 투명기판(100)을 보호하기에 충분한 두께를 갖도록 한다.

도 2 및 도 3e를 참조하면, 노출된 상기 위상반전 패턴(300) 및 상기 제2 개구(320)에 매립된 제2 마스크 패턴(600)의 상면에 박막(700a)을 형성한다.

일실시예로서, 상기 투광영역(240)으로 노출된 상기 위상반전 패턴(300)및 상기 제2 마스크 패턴(600)의 상면으로 물리기상 증착공정을 이용하여 금속물질을 증착하여 금속성 박막(700a)을 형성한다. 예를 들면, 상기 투광영역(240)이 형성된 상기 투명기판(100)을 상기 금속성 물질로 구성된 타겟을 구비하는 스퍼터링 챔버로 로딩한다. 이어서, 상기 챔버의 내부로 아르곤(Ar) 가스나 헬륨(He) 가스와 같은 비활성 가스를 공급하고 약 600MW 내지 약 4,500MW의 바이어스 파워를 공급하면 상기 비활성 가스의 플라즈마가 형성되면서 상기 타겟 물질을 이온화시킨다. 이온화된 상기 금속성 물질은 상기 투광영역(240)으로 노출된 위상반전 패턴(300) 및 상기 제2 마스크 패턴(600)의 표면에 증착된다.

바람직하게는, 상기 금속물질은 1.5 이상의 흡수율을 갖는 것으로 이용하며, 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W)을 포함한다. 상기 금속물질의 흡수율이나 이를 만족하는 적정한 금속물질은 노광공정에 사용되는 파장, 노광조건, 바람직한 디자인 룰, 패턴의 사이즈나 모양 등에 따라 적절하게 사용될 수 있다. 따라서, 상기한 바와 같은 금속물질에 본 발명이 한정되지 않음은 자명하다.

도 2 및 도 3f를 참조하면, 상기 제2 마스크 패턴(600)을 상기 기판(100)으로부터 제거한다. 상기 제2 마스크 패턴(600)이 포토레지스트 패턴으로 형성된 경우에는 스트립 공정에 의해 상기 제2 마스크 패턴(600)을 제거할 수 있다. 특히, 상기 제2 개구(320)의 내부에 매립된 상기 제2 마스크 패턴(600)이 제거되는 과정에서 그 상면에 위치하는 상기 박막(700a)도 함께 제거된다. 즉, 상기 위상반전 패턴(300)은 스트립 용액에 저항성을 가지므로 상기 위상반전 패턴(300)의 상면에 스퍼터링된 금속물질은 스트립 공정이 수행되는 동안 잔류하지만, 상기 포토레지스트 패턴의 상면에 스퍼터링된 금속물질은 스트립 공정에 의해 상기 포토레지스트 패턴이 제거될 때 상기 포토레지스트 패턴과 함께 제거된다. 이에 따라, 상기 제2 마스크 패턴의 상면에 위치하는 상기 금속막(700a)의 일부는 제거되고, 상기 위상반전 패턴(300)의 상면에 위치하는 상기 금속막(700a)의 나머지 일부는 잔류하게 된다.따라서, 상기 제2 개구(320)를 통하여 상기 투명기판(100)은 부분적으로 노출되고 상기 박막(700a)은 상기 위상반전 패턴(300)의 상면에만 잔류하게 되어 박막 패턴(700)으로 형성된다. 이에 따라, 상기 차광패턴(200)에 의해 한정되는 투광부(280)가 형성된다. 상기 투광부(280)는 상기 투명기판(100)이 노출되는 제1 영역과 상기 위상반전 패턴(300)에 의해 일정한 양의 광만 투과하는 제2 영역으로 형성된다.

도 2 및 도 3g를 참조하면, 상기 박막 패턴(700)을 포함하는 결과물 상에 열처리 공정을 수행하여 상기 박막패턴(700)을 구성하는 금속물질을 상기 위상반전 패턴(300)의 내부로 확산시킨다. 이에 따라, 상기 위상반전 패턴(300)의 상부에 광의 투과량을 조절하기 위한 광투과량 조절부재(400)가 형성된다. 상기 위상반전 패턴(300)으로 입사하는 광의 투과량은 상기 광투과량 조절부재(400)를 구성하는 금속물질의 종류와 두께에 의해 조절할 수 있다.

일실시예로서, 상기 열처리 공정은 텅스텐-할로겐 램프를 열원으로 이용하는 급속 열처리(rapid thermal treatment) 장치에서 수행되는 어닐링 공정을 포함한다. 예를 들면, 상기 어닐링 공정은 약 800℃ 내지 약 1500℃의 고온에서 약 3초 내지 10초간 수행될 수 있다. 이에 따라, 상기 박막 패턴(700)을 구성하는 금속물질은 상기 위상반전 패턴(300)의 내부로 약 100nm 내지 약 500nm의 깊이까지 확산된다.

도 4a 및 도 4b는 간섭광 편차를 최소화하는 광투과율 조절부재의 두께를 실험적으로 확인한 그래프이다. 도 4a는 패턴 사이즈가 45nm인 경우를 나타내는 것이며, 도 4b는 패턴 사이즈가 63nm인 경우를 나타내는 것이다. 또한, 그래프 I은 0차광의 광의 세기를 나타내며, 그래프 II는 1차 광의 광의 세기를 나타낸다. 도 4a 및 도 4b는 ArF 엑시머 레이저를 광원으로 이용하고 상기 위상반전 패턴의 두께가 약 677Å인 경우에, 크롬(Cr)으로 형성된 상기 광투과율 조절부재를 구비하는 위상반전 마스크를 이용하여 실험한 결과를 나타내는 그래프이다.

도 4a를 참조하면, 하프 피치(half-pitch)가 45nm인 패턴을 형성하기 위한 노광공정에 사용되는 마스크 패턴에 있어서, 상기 간섭광 편차는 상기 광투과율 조절부재의 두께가 약 380nm가 될 때까지 지속적으로 개선되지만 380nm 이상에서는 더 이상의 간섭광 편차 개선효과는 나타나지 않음을 알 수 있다. 한편, 도 4b에 나타난 바와 같이, 하프 피치(half-pitch)가 63nm인 패턴을 형성하기 위한 노광공정에 사용되는 마스크 패턴에 있어서, 상기 간섭광 편차는 상기 광투과율 조절부재의 두께가 약 90nm일때 최소가 되지만, 그 이상의 두께에 대해서는 오히려 간섭광 편차가 증가하는 것을 확인할 수 있다.

따라서, 상기 광투과율 조절부재에 의해 간섭광 편차에 대한 개선효과를 얻을 수 있으며, 상기 간섭광 편차를 최소화 하는 광투과율 조절부재의 두께는 개별적인 노광공정 조건에 따라 달라질 수 있음을 알 수 있다.

상술한 바와 같은 간섭광 편차의 개선효과는 노광공정을 수행할 수 있는 광의 적정 도즈량 및 초점심도의 허용오차를 확장시켜 줌으로써 노광공정의 프로세스 윈도우(process window) 및 노광역(exposure latitude)을 확장함으로써 노광공정의 공정마진을 증가시키는 효과를 달성할 수 있다.

도 5a 및 도 5b는 광투과율 조절부재를 구비하는 위상반전 마스크를 이용한 노광공정의 프로세스 윈도와 노광역을 나타내는 그래프이다. 도 5a는 하프 피치가 45nm인 패턴을 형성하기 위한 노광공정을 수행한 그래프이며, 도 5b는 하프 피치가 63nm인 패턴을 형성하기 위한 노광공정을 수행한 결과를 나타내는 그래프이다. 도 5a 및 도 5b에서, 그래프 I은 광투과율 조절부재를 구비하지 않은 종래의 감쇠형 위상반전 마스크를 이용한 노광 공정을 분석한 것이며, 그래프 II는 크롬(Cr)으로 형성된 광투과율 조절부재를 구비한 감쇠형 위상반전 마스크를 이용한 노광 공정을 분석한 것이다. 그래프 III 및 IV는 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W)으로 형성된 광투과 율 조절부재를 구비한 감쇠형 위상반전 마스크를 이용한 노광 공정을 각각 분석한 것이다. 도 5a 및 도 5b에서 가로축은 노광공정의 초점심도(depth of focus)를 나타내는 것이며, 세로축은 광의 도즈량을 나타낸다. 각 그래프에서 A_i로 표시된 영역이 각 노광공정의 프로세스 윈도를 나타낸다. 프로세스 윈도는 각 노광공정의 최적 초점심도에서 허용 가능한 도즈량의 범위를 나타낸다. 따라서, 프로세스 윈도가 클수록 노광공정의 공정마진이 커다는 의미이므로 패턴 형성을 위한 노광공정의 불량가능성을 줄이고 공정의 신뢰성을 높일 수 있다.

도 5a를 참조하면, 하프 피치(half-pitch)가 45nm인 패턴을 형성하기 위한 노광공정에서, 광투과율 조절부재를 구비하지 않은 감쇠형 위상반전 마스크를 이용한 경우의 프로세스 윈도(A1)의 사이즈보다 광투과율 조절부재를 구비한 감쇠형 위상반전 마스크를 이용한 경우의 프로세스 윈도(A2, A3, A4)의 사이즈가 훨씬 증가하였음을 확인할 수 있다. 또한 노광역(EL)도 10.07%에서 각각 11.70%, 12.15% 및 11.56%로 각각 개선되었음을 확인할 수 있다.

도 5b를 참조하면, 하프 피치(half-pitch)가 63nm인 패턴을 형성하기 위한 노광공정에서, 광투과율 조절부재를 구비하지 않은 감쇠형 위상반전 마스크를 이용한 경우의 프로세스 윈도(A5)의 사이즈보다 광투과율 조절부재를 구비한 감쇠형 위상반전 마스크를 이용한 경우의 프로세스 윈도(A6, A7, A8)의 사이즈가 훨씬 증가하였음도 또한 확인할 수 있다. 뿐만 아니라, 노광역(EL)도 10.34%에서 각각 11.15%, 11.71% 및 11.26%로 각각 개선되었음을 확인할 수 있다.

따라서, 상기 광투과율 조절부재를 상기 위상반전 패턴의 상부에 형성함으로써 간섭광 편차를 개선할 수 있는 효과뿐 아니라, 노광공정의 프로세스 윈도 및 노광역을 개선함으로써 공정마진을 개선할 수 있음을 알 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 감쇠형 위상반전 마스크의 위상반전 패턴의 상부에 금속성 물질로 형성된 광투과율 조절부재를 형성함으로써 노광대상 영역에서 0차광과 1차광의 광의세기에 관한 편차를 최소활 할 수 있다. 또한, 상기 광투과율 조절부재를 구비하는 감쇠형 위상반전 마스크를 노광공정의 마스크로 이용함으로써 프로세스 윈도의 크기와 노광역을 개선함으로써 노광공정의 공정마진을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 패턴의 사이즈가 작아진다 할지라도 노광공정의 신뢰성을 향상함으로써 미세패턴을 형성할 수 있는 장점이 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

투명기판 상에 위상 반전막 및 차광막이 차례로 적층된 블랭크 마스크를 준비하는 단계;

상기 위상 반전막 및 상기 차광막의 일부를 연속적으로 제거하여 제1 개구를 구비하는 차광패턴 및 상기 제1 개구와 연속하게 형성되어 상기 투명기판의 일부를 노출하는 제2 개구를 구비하는 위상반전 패턴을 형성하는 단계; 및

상기 차광 패턴을 부분적으로 제거하여, 상부면에 광투과율 조절부재를 구비하는 적어도 하나의 상기 위상반전 패턴을 노출하고 상기 투명기판으로 조사되는 광이 투과하는 투광부를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상반전 마스크(phase shift mask)의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 위상 반전막은 Mo, MoSi, MoSiN, MoSiON, MoSiCN 및 MoSiCON으로 구성된 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 포함하며, 상기 차광막은 크롬(Cr), 질화크롬(CrN), 탄화크롬(CrC) 및 탄화질화크롬(CrCN)으로 구성된 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 기판은 쿼츠(Quartz)를 포함하며, 상기 블랭크 마스크는 감쇠형 위상 반전 마스크(attenuated PSM)의 블랭크 마스크를 포함하는 것을 특 징으로 하는 위상 반전 마스크의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 위상반전 패턴 및 상기 차광패턴을 형성하는 단계는

상기 블랭크 마스크의 상부면에 제1 마스크 패턴을 형성하는 단계;

상기 제1 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 차광막을 부분적으로 식각하여 상기 위상 반전막의 일부를 노출하는 제1 개구를 형성하는 단계;

상기 제1 마스크 패턴을 상기 차광패턴의 상면으로부터 제거하는 단계; 및

상기 차광패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 위상 반전막을 부분적으로 식각하여 상기 제1 개구와 연속하는 제2 개구를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크의 제조방법.
제4항에 있어서, 상기 제1 마스크 패턴은 포토리소그래피 공정에 의해 형성된 포토레지스트 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크의 제조방법.
제4항에 있어서, 상기 차광막 및 위상반전막을 식각하는 단계는 염소(Cl2)와 산소(O2)의 혼합가스를 식각가스로 이용하는 건식 식각공정에 수행되는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크의 제조방법.
제4항에 있어서, 상기 차광막 및 위상반전막을 식각하는 단계는 질산암모늄 세륨(Ceric Ammonium Nitrate, Ce(NH4)2(NO3)6)과 과염소산(Perchloric Acid, HClO4)의 혼합물을 식각액으로 이용하는 습식 식각공정에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 위상반전 패턴 및 상기 차광패턴을 형성하는 단계는

상기 블랭크 마스크의 상부면에 제1 마스크 패턴을 형성하는 단계;

상기 제1 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 차광막 및 상기 위상 반전막의 일부를 연속적으로 식각하여 상기 기판의 일부를 노출하는 제2 개구 및 상기 제2 개구와 연속하는 제1 개구를 형성하는 단계; 및

상기 제1 마스크 패턴을 상기 차광패턴의 상면으로부터 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 투광부를 형성하는 단계는,

상기 차광패턴의 상면에 마스크 막을 형성하여 상기 제1 개구 및 제2 개구를 매립하는 단계;

적어도 하나의 상기 차광패턴을 노출하는 제2 마스크 패턴을 형성하는 단계; 및

상기 제2 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 차광패턴을 식각하여 상기 위상 반전 패턴을 노출하는 투광영역을 형성하는 단계;

노출된 상기 위상반전 패턴의 상면에 박막을 형성하는 단계; 및

상기 박막을 구성하는 물질을 상기 위상반전 패턴의 내부로 확산시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크의 제조방법.
제9항에 있어서, 상기 차광패턴을 식각하는 단계는 염소(Cl2)와 산소(O2)의 혼합가스를 식각가스로 이용하는 건식 식각공정에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크의 제조방법.
제9항에 있어서, 상기 차광패턴을 식각하는 단계는 질산암모늄세륨(Ceric Ammonium Nitrate, Ce(NH4)2(NO3)6)과 과염소산(Perchloric Acid, HClO4)의 혼합물을 식각액으로 이용하는 습식 식각공정에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크의 제조방법.
제9항에 있어서, 상기 박막을 형성하는 단계는 상기 차광패턴의 상면에 형성된 상기 제2 마스크 패턴을 증착 마스크로 이용하여 상기 투광영역을 통하여 노출된 상기 위상반전 패턴의 상면에 금속물질을 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크의 제조방법.
제12항에 있어서, 상기 금속물질은 1.5 이상의 흡수율을 갖는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크의 제조방법.
제13항에 있어서, 상기 금속물질은 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W)으로 구성된 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크의 제조방법.
제12항에 있어서, 상기 금속물질을 증착하는 단계는 물리기상 증착공정에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크의 제조방법.
제15항에 있어서, 상기 물리기상증착 공정은 헬륨(He) 가스 또는 아르곤(Ar) 가스를 스퍼터링 가스로 이용하며 600MW 내지 4,500MW의 바이어스 파워로 수행되는 스퍼터링 증착공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크의 제조방법.
제9항에 있어서, 상기 박막 구성물질을 확산시키는 단계는 어닐링 공정에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크의 제조방법.
제17항에 있어서, 상기 어닐링 공정은 텅스텐-할로겐 램프를 열원으로 이용하는 급속 열처리(rapid thermal treatment) 장치에서 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크의 제조방법.
제18항에 있어서, 상기 어닐링 공정이 수행되기 전에, 상기 제2 마스크 패턴을 제거하여, 상기 위상반전 패턴을 통하여 상기 기판의 상면을 노출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크의 제조방법.
광을 투과시키는 투명기판;

상기 투명기판 상에 위치하여 광이 상기 투명기판으로 입사되는 것을 차단하며, 상기 투명기판을 부분적으로 노출하여 광이 상기 투명기판으로 입사되는 투광부를 한정하는 차광패턴;

상기 투광부를 통하여 노출된 상기 투명기판의 상면에 위치하며, 입사된 광의 위상을 변화시키는 위상반전 패턴; 및

상기 투광부에 위치하는 상기 위상반전 패턴의 상부에 위치하여 상기 투광부로 입사된 광의 상기 위상반전 패턴에 대한 투과율을 조절하는 광투과율 조절부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크(phase shift mask).
제20항에 있어서, 상기 투광부는 반도체 소자를 형성하기 위한 기판으로 전사할 회로패턴에 대응한 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크.
제20항에 있어서, 상기 위상반전 패턴은 실리콘 몰리브덴(MoSi)을 포함하고,상기 차광패턴은 크롬(Cr)을 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크.
제20항에 있어서, 상기 광투과율 조절부재는 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W)으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 어느 하나를 포함하며, 상기 위상반전 패턴을 통과하는 광의 투과율을 조절하여 대상물의 노광영역에서 0차 간섭광과 1차 간섭광의 광의 세기를 균일하게 유지하는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크.
제20항에 있어서, 상기 광은 193nm의 파장을 갖는 아르곤 플로라이드(ArF) 엑시머 레이저를 포함하고, 상기 광투과율 조절부재는 상기 위상반전 패턴의 상면으로부터 100nm 내지 500nmm의 깊이를 갖는 확산막을 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크.
제24항에 있어서, 상기 위상 반전 패턴은 상기 투명기판의 상면으로부터 400Å 내지 600Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크.