KR100940271B1 - 하프톤 위상반전마스크의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 하프톤 위상반전마스크의 제조방법은, 투광기판 위에 차광층패턴 및 위상반전층패턴이 순차적으로 적층되는 구조를 형성하는 단계와, 열처리로 위상반전층패턴을 플로우잉시켜 플로우잉된 위상반전층패턴이 차광층패턴의 측면을 덮도록 하는 단계를 포함한다.

하프톤 위상반전마스크, 미세 패턴 피치, 열처리, 플로우잉(flowing)

Description

하프톤 위상반전마스크의 제조방법{Method of fabricating halftone phase shift mask}

본 발명은 포토마스크의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 하프톤 위상반전마스크의 제조방법에 관한 것이다.

반도체소자는 웨이퍼상의 각종 패턴들을 통해 구현되는데, 이와 같은 패턴들의 형성은 포토리소그라피 공정을 통해 이루어지는 것이 일반적이다. 통상의 포토리소그라피 공정에 따르면, 웨이퍼상의 패턴대상막 위에 포토레지스트막을 형성하고, 이 포토레지스트막의 일정 부분을 포토마스크를 이용하여 노광시킨다. 다음에 현상액을 사용한 현상으로 노광에 의해 용해도가 변화되거나 변화되지 않는 부분을 제거하여 패턴대상막의 일부표면을 노출시키는 포토레지스트막패턴을 형성한다. 그리고 포토레지스트막패턴을 식각마스크로 한 식각으로 패턴대상막의 노출부분을 제거하여 패턴을 형성한다. 이 과정에서 웨이퍼상에 형성되는 패턴은 포토레지스트막패턴에 의해 한정되며, 포토레지스트막패턴은 포토마스크상의 패턴이 전사됨에 따라 형성된다. 따라서 결과적으로는 포토마스크상의 패턴이 웨이퍼상의 패턴으로 전사되는 것이다.

포토마스크의 종류에는 여러 가지가 있으나 현재 많이 사용되고 있는 포토마스크는 바이너리(binary) 마스크와 위상반전마스크(PSM; Phase Shift Mask)이다. 바이너리 마스크는 제조가 용이하지만 미세한 패턴을 형성하였을 경우 웨이퍼상에 이미지가 정확하게 전사되기가 어렵다는 한계를 갖는다. 반면에 위상반전마스크(PSM)는 위상반전층을 투과한 빛과 위상반전층이 없는 부위를 투과한 빛 사이에 위상차를 유발하고, 이 위상차에 의해 패턴의 경계면에서 소멸간섭이 발생하도록 하여 상대적으로 높은 해상력이 나타나도록 한다. 따라서 최근에는 바이너리 마스크에 비하여 위상반전마스크(PSM)의 사용빈도가 훨씬 높다.

그런데 최근 반도체소자의 집적도가 증가함에 따라 위상반전마스크의 디자인룰(design rule)도 점점 작아지고 있으며, 이에 따라 위상반전마스크의 패턴들 사이의 간격, 즉 패턴 피치(pitch)도 또한 점점 작아지고 있다. 이와 같은 추세에 따라서 기존의 위상반전마스크 제조장비를 사용하여 현재 요구되고 있는 위상반전마스크의 패턴 피치를 미세하게 형성하는 것이 점점 어려워지고 있다. 예컨대 전자빔 노광공정, 현상공정 및 식각공정을 수행하는 동안, 전자빔 노광장비에 의한 패턴 한정상의 정확도나, 현상액과 레지스트막 사이의 반응성이나, 또는 식각과정에서의 정확도 등에 기인한 오차가 점점 커지고, 그 결과 타겟에 대한 편차(MTT; Mean To Target)가 점점 커지고 있으며, 이와 같이 점점 커지는 타겟에 대한 편차(MTT)로 인하여 미세한 패턴 피치를 얻는 것이 점점 어려워지고 있는 실정이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 높은 해상력을 유지하면서 미세한 패턴 피치를 형성할 수 있도록 하는 하프톤 위상반전마스크의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 하프톤 위상반전마스크의 제조방법은, 투광기판 위에 차광층패턴 및 위상반전층패턴이 순차적으로 적층되는 구조를 형성하는 단계와, 열처리로 위상반전층패턴을 플로우잉시켜 플로우잉된 위상반전층패턴이 차광층패턴의 측면을 덮도록 하는 단계를 포함한다.

상기 열처리는 퍼니스에서 수행할 수 있다.

이 경우 퍼니스의 온도는 1400℃를 넘지 않게 설정한다.

상기 투광기판 위에 차광층패턴 및 위상반전층패턴이 순차적으로 적층되는 구조를 형성하는 단계는, 투광기판 위에 차광층 및 위상반전층을 순차적으로 형성하는 단계와, 레지스트막패턴을 이용한 식각으로 위상반전층 및 차광층의 노출부분을 순차적으로 제거하는 단계를 포함할 수 있다.

이 경우 투광기판은 쿼츠이고, 상기 차광층은 크롬막으로 형성하고, 상기 위상반전층은 몰리브데늄실리콘나이트라이드막으로 형성할 수 있다.

본 발명에 따르면, 위상반전층의 플로우를 통해 위상반전층패턴을 형성함에 따라 전자빔 노광, 현상 및 식각과정에서의 에러여부와 무관하게 원하는 프로파일의 미세한 패턴피치를 얻을 수 있으며, 특히 원형의 패턴 형성을 용이하게 할 수 있다는 이점이 제공된다.

도 1 내지 도 5는 본 발명에 따른 하프톤 위상반전마스크의 제조방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면이다. 먼저 도 1을 참조하면, 쿼츠(quartz)와 같은 투광기판(100) 위에 차광층(110)을 형성한다. 차광층(110)은 크롬(Cr)막으로 형성할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 다음에 차광층(110) 위에 위상반전층(120)을 형성한다. 위상반전층(120)은 대략 6% 내지 8%의 광 투과도를 갖는 물질, 예컨대 몰리브데늄실리콘나이트라이드(MoSiN)막 또는 몰리브데늄실리콘옥시나이트라이드(MoSiON)막으로 형성할 수 있다. 다음에 위상반전층(120) 위에 레지스트막(130)을 형성한다.

다음에 도 2를 참조하면, 레지스트막(도 1의 130)에 대한 전자빔 노광을 수행한다. 전자빔 노광 대신 레이저빔 노광을 수행할 수도 있다. 다음에 노광이 이루어진 레지스트막(130)에 대한 현상을 수행하여 레지스트막패턴(132)을 형성한다. 레지스트막패턴(132)은 개구부(134)를 갖는데, 이 개구부(134)에 의해 위상반전층(120)의 일부 표면은 노출된다.

다음에 도 3을 참조하면, 레지스트막패턴(132)을 식각마스크로 한 식각을 수행하여 위상반전층(도 2의 120)의 노출부분을 제거한다. 식각은 건식식각방법을 사용하여 수행할 수 있다. 이 식각에 의해 차광층(도 2의 110)의 일부 표면을 노출시 키는 위상반전층패턴(122)이 만들어진다. 계속해서 차광층(110)의 노출부분에 대한 식각을 수행하여 투광기판(100)의 일부 표면을 노출시키는 차광층패턴(112)을 형성한다. 위상반전층패턴(122) 및 차광층패턴(112)을 형성한 후에는 레지스트막패턴(132)을 제거한다.

다음에 도 4를 참조하면, 투광기판(100) 위에 차광층패턴(112) 및 위상반전층패턴(122)이 순차적으로 배치된 상태에서, 도면에서 화살표(140)로 나타낸 바와 같이, 위상반전층패턴(122)을 플로우(flow)시키기 위한 열처리를 수행한다. 이 열처리는 퍼니스(furnace)에서 수행할 수 있다. 열처리의 목적은 위상반전층패턴(122)을 플로우잉(flowing)시키는 것이므로, 위상반전층패턴(122)을 구성하는 재질 중 가장 낮은 녹는점을 갖는 실리콘(Si)의 녹는점, 예컨대 1414℃보다는 낮은 온도, 즉 1400℃의 온도로 열처리를 수행한다. 퍼니스에서의 열처리시 포토마스크를 구성하는 성분별 열 전도율을 보면 크롬은 0.16, 몰리브데늄은 0.35, 그리고 실리콘은 0.20의 열 전도율을 나타낸다. 따라서 크롬으로 이루어진 차광층패턴(112)에 비하여 몰리브데윰 및 실리콘을 포함하는 위상반전층패턴(122)과 투광기판(100)이 퍼니스 분위기에 상대적으로 더 큰 영향을 받는다. 그런데 투광기판(100)을 구성하는 쿼츠의 경우 급열이나 급냉에 대해서 높은 내열성을 갖고 있으며, 1100℃ 이상의 고온에서도 큰 영향을 받지 않는다. 따라서 1400℃ 이하의 온도 조건에서 위상반전층(122)의 플로우잉(flowing) 외의 다른 요소에 의해 패턴들이 변화되지 않는다.

다음에 도 5를 참조하면, 열처리에 의해 위상반전층패턴(도 4의 122)은 플로 우되고, 이에 따라 차광층패턴(112)을 둘러싸는 플로우잉된 위상반전층패턴(124)이 만들어진다. 이때 열처리에 의한 위상반전층패턴(122)의 플로우잉은 특정 방향성 없이 모든 방향에 대해 이루어지므로, 플로우잉된 위상반전층패턴(124)은 원형(circle-type)으로 형성된다. 플로우잉된 위상반전층패턴(124)을 형성한 후의 패턴 피치(p2)는, 플로우잉되기 전의 위상반전층패턴(도 4의 122)에 의한 패턴 피치(p1)에 비하여 작아진다. 작아지는 정도는 열처리시의 온도와 열처리 시간의 제어에 의해 위상반전층패턴(122)의 플로우 양을 조절함으로써 제어할 수 있다.

도 6은 본 발명에 따라 제조된 하프톤 위상반전마스크의 동작원리를 설명하기 위하여 나타내 보인 도면이다. 도 6을 참조하면, 도면에서 화살표(150)로 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 하프톤 위상반전마스크에 빛을 조사하여 투과시키게 되면, 아래의 빛 세기 프로파일에서 알 수 있듯이, 투광기판(100)의 노출부분(610)에서는 조사되는 빛과 동일한 위상의 빛이 충분한 세기로 투과된다. 그리고플로우잉된 위상반전층패턴(124)이 있는 부분(620)에서는 조사되는 빛과 180도 위상반전된 빛이 플로우잉된 위상반전층패턴(124)의 광 투과도에 대응되는 광량, 예컨대 6% 내지 8%의 광량만큼 투과되며, 따라서 두 부분(610, 620)의 경계부분에서 상쇄간섭을 유발하여 해상력을 증대시킨다. 또한 차광층패턴(112)이 존재하는 부분(630)에는 빛이 투과하지 못하여 차광영역에 원하지 않게 빛이 새어들어 발생되는 고스트 이미지(ghost image)의 발생을 억제시킨다.

도 1 내지 도 5는 본 발명에 따른 하프톤 위상반전마스크의 제조방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 도면이다.

도 6은 본 발명에 따라 제조된 하프톤 위상반전마스크의 동작원리를 설명하기 위하여 나타내 보인 도면이다.

Claims (5)

1. 투광기판 위에 차광층을 형성하는 단계;

   상기 차광층 위에 위상반전층을 형성하는 단계;

   상기 위상반전층 위에 위상반전층의 일부 표면을 노출시키는 레지스트막패턴을 형성하는 단계;

   상기 레지스트막패턴을 이용한 식각으로 상기 위상반전층의 노출부분을 제거하여 차광층의 일부 표면을 노출시키는 위상반전층패턴을 형성하는 단계;

   상기 위상반전층패턴에 의해 노출된 차광층의 노출부분을 제거하여 차광층패턴을 형성하는 단계;

   상기 레지스트막패턴을 제거하는 단계; 및

   열처리로 상기 위상반전층패턴을 플로우잉시켜 플로우잉된 위상반전층패턴이 상기 차광층패턴의 양 측면을 덮도록 하여 상기 위상반전층패턴과 인접한 위상반전층패턴 사이의 피치를 감소시키는 단계를 포함하는 하프톤 위상반전마스크의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 열처리를 퍼니스에서 수행하는 하프톤 위상반전마스크의 제조방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 퍼니스의 온도는 1400℃를 넘지 않게 설정하는 하프톤 위상반전마스크의 제조방법.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 투광기판은 쿼츠이고, 상기 차광층은 크롬막으로 형성하고, 상기 위상반전층은 몰리브데늄실리콘나이트라이드막으로 형성하는 하프톤 위상반전마스크의 제조방법.

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