KR101040366B1 - 감쇄 위상 반전 마스크의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 감쇄 위상 반전 마스크의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히, 한 단계의 노광 공정을 생략할 수 있어서 전체 제조 공정이 단순화된 감쇄 위상 반전 마스크의 제조 방법에 관한 것이다.

본 발명에 의한 감쇄 위상 반전 마스크의 제조 방법은 마스크 기판 상에 위상 반전막 및 광차단막을 순차 형성하는 단계, 상기 광차단막 위에 광투과 영역을 개방하는 감광막 패턴을 형성하는 단계, 상기 감광막 패턴을 마스크로 상기 광차단막 및 위상 반전막을 패터닝하는 단계, 상기 감광막 패턴을 제거하는 단계, 상기 마스크 기판 위에 상기 위상 반전막 및 광차단막이 매립되도록 광활성 화합물이 제거된 노볼락계 감광막을 형성하는 단계, 상기 광투과 영역의 노볼락계 감광막 높이가 상기 광차단막보다 낮아지도록 상기 노볼락계 감광막의 소정 두께를 현상하는 단계, 상기 노볼락계 감광막을 마스크로 위상 반전 영역에 있는 상기 광차단막을 식각·제거하는 단계, 및 상기 노볼락계 감광막을 제거하는 단계를 포함한다.

감쇄 위상 반전 마스크, 위상 반전막, 광차단막, 광활성 화합물이 제거된 노볼락계 감광막

Description

감쇄 위상 반전 마스크의 제조 방법{Method for manufacturing attenuated phase shift mask}

도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따라 감쇄 위상 반전 마스크를 제조하는 공정 순서도이며,

도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 감쇄 위상 반전 마스크의 제조 공정을 나타낸 공정 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

100 : 마스크 기판 102 : 위상 반전막

104 : 광차단막 106 : 감광막 패턴(제 1 감광막 패턴)

108 : 광활성 화합물이 제거된 노볼락계 감광막

110 : 제 2 감광막 패턴

"가" : 광투과 영역 "나" : 위상 반전 영역

"다" : 광차단 영역

본 발명은 감쇄 위상 반전 마스크의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히, 한 단계의 노광 공정을 생략할 수 있어서 전체 제조 공정이 단순화된 감쇄 위상 반전 마스크의 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 집적 회로의 제조 공정 중에서 사용되는 각종 패턴들은 포토리소그래피 기술에 의해 형성된다. 하지만, 패턴들의 해상도는 집적회로의 집적도가 증가하면서 서로 인접하는 패턴들간의 근접효과(proximity effect)에 의해 급격히 저하된다. 예를 들어 통상적인 투영 노광장치를 이용하여 소자의 패턴들을 형성할 경우, 광의 회절에 의해 패턴의 모서리가 둥글어지게 되는 문제점이 있었다. 이 때문에, 레벤슨(Levenson)은 위상 반전(phase shifter) 패턴이 포함된 위상 반전 마스크를 고안하여 패턴의 해상도를 높임으로써 보다 미세한 소자의 패턴을 형성할 수 있게 하였다.

이러한 위상 반전 마스크를 이용하는 반도체 소자의 패턴 형성 방법은 마스크 기판의 투광부를 통과한 광에 대하여 위상 반전 영역을 통과한 광이 역위상이 되도록 하는데, 이 때 광이 서로 간섭 효과를 야기시켜 패턴의 경계 부분에서 광의 강도가 "0"으로 되어 해상도를 증가시킨다. 특히, 이러한 위상 반전 마스크 중에서도, 감쇄 위상 반전 마스크 (attenuated phase shift mask)는 마스크 기판 영역을 지나는 광과 위상 반전막을 투과하는 광 사이의 간섭을 이용하여 해상도를 향상시킨 것이다.

그런데, 종래 기술에 따라, 이러한 감쇄 위상 반전 마스크를 형성함에 있어 서는, 2 단계의 노광 공정을 별도로 진행하게 됨으로서 전체적인 제조 공정이 지나치게 복잡해지고 2 단계의 노광 공정에 각각 사용되는 고가의 노광 장치에 대한 별도의 투자가 필요하게 되는 등의 단점이 있었다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 종래 기술에 의한 감쇄 위상 반전 마스크의 제조 방법 및 그 문제점에 대해 상술하기로 한다. 도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따라 감쇄 위상 반전 마스크를 제조하는 공정 순서도이다.

우선, 도 1a에 도시된 바와 같이, 마스크 기판(100) 위에 수 %의 광투과율을 갖는 MoSiN 등의 물질을 사용하여 위상 반전막(102)을 형성한다. 그 위에 광차단 물질인 크롬(Cr) 등으로 광 차단막(104)을 형성하고, 계속하여 그 위에 감광막을 형성한다. 그리고, 상기 감광막에 대해 전자빔(e-beam) 노광 장치를 이용한 노광 및 현상 공정을 진행하여, 감쇄 위상 반전 마스크의 광투과 영역("가")을 정의하는 제 1 감광막 패턴(106)을 형성한다. 이러한 제 1 감광막 패턴(106)은 감쇄 위상 반전 마스크의 광투과 영역("가")을 개방하고, 다른 영역은 차폐하고 있다.

이후, 도 1b에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 제 1 감광막(106) 패턴을 마스크로 이에 의해 개방된 하부의 광차단막(104) 및 위상 반전막(102)을 식각함으로서, 상기 광차단막(104) 및 위상 반전막(102)을 패터닝한다.

다음으로, 상기 광차단막(104) 위에 잔류하는 상기 제 1 감광막 패턴(106)을 제거하고 나서, 도 1c에서 볼 수 있는 바와 같이, 감쇄 위상 반전 마스크의 광차단 영역("다")을 정의하는 제 2 감광막 패턴(110)을 상기 광차단막(104) 위에 형성한다. 이러한 제 2 감광막 패턴(110)은 상기 제 1 감광막 패턴(106)과 마찬가지로 감 광막에 대해 전자빔(e-beam) 노광 장치를 이용한 노광 및 현상 공정을 진행하여 형성하며, 상기 광차단 영역("다")을 차폐하고 나머지 영역을 개방하고 있다.

그리고 나서, 상기 제 2 감광막 패턴(110)을 마스크로 하여, 이에 의해 개방된 영역 중 위상 반전 영역("나")에 잔류하는 광차단막(104)을 모두 식각·제거한다. 이후, 상기 광차단막(104) 위에 잔류하는 상기 제 2 감광막 패턴(110)을 제거하고, 세정 공정을 진행함으로서, 도 1d에서 볼 수 있는 바와 같은 최종적인 감쇄 위상 반전 마스크가 제조된다. 이러한 감쇄 위상 반전 마스크에서는 상기 광차단 영역("다")에 위상 반전막(102) 및 광차단막(104)이 잔류하고 있고, 상기 위상 반전 영역("나")에 위상 반전막(102)이 잔류하고 있으며, 이를 제외한 광투과 영역("가")에는 상기 위상 반전막(102) 및 광차단막(104)이 모두 제거되어 있다.

그런데, 상기 종래 기술에 의한 감쇄 위상 반전 마스크의 제조 방법에 있어서는, 상기 제 2 감광막 패턴(110)을 이용하여 위상 반전 영역("나")의 광차단막(104)을 제거하는 과정에서, 감광막 도포-노광 공정-현상 공정-광차단막 식각의 4 단계의 공정을 거치게 되므로, 전체 제조 공정이 지나치게 복잡해지는 문제점이 있었던 것이 사실이다.

특히, 상기 종래 기술에 의한 제조 방법에서는, 제 1 감광막 패턴(106) 및 제 2 감광막 패턴(110)을 각각 형성하기 위한 2 단계의 노광 공정이 별도로 진행되어야 하므로, 이를 위해 각각 사용되는 고가의 노광 장치에 대한 별도의 투자가 필요하게 되는 등 전체 공정의 경제성 및 생산성도 크게 저하시키는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 한 단계의 노광 공정을 생략할 수 있어서 전체 제조 공정이 단순화된 감쇄 위상 반전 마스크의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 마스크 기판 상에 위상 반전막 및 광차단막을 순차 형성하는 단계, 상기 광차단막 위에 광투과 영역을 개방하는 감광막 패턴을 형성하는 단계, 상기 감광막 패턴을 마스크로 상기 광차단막 및 위상 반전막을 패터닝하는 단계, 상기 감광막 패턴을 제거하는 단계, 상기 마스크 기판 위에 상기 위상 반전막 및 광차단막이 매립되도록 광활성 화합물이 제거된 노볼락계 감광막을 형성하는 단계, 상기 광투과 영역의 노볼락계 감광막 높이가 상기 광차단막보다 낮아지도록 상기 노볼락계 감광막의 소정 두께를 현상하는 단계, 상기 노볼락계 감광막을 마스크로 위상 반전 영역에 있는 상기 광차단막을 식각·제거하는 단계, 및 상기 노볼락계 감광막을 제거하는 단계를 포함하는 감쇄 위상 반전 마스크의 제조 방법을 제공한다.

이러한 본 발명에 의한 감쇄 위상 반전 마스크의 제조 방법에 있어서, 상기 광차단막은 크롬층으로 형성되고, 상기 위상 반전막은 MoSiN막으로 형성될 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 감쇄 위상 반전 마스크의 제조 방법에 대해 상세하게 설명하고자 한다.

도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 감쇄 위상 반전 마스크의 제조 공정을 나타낸 공정 순서도이다.

우선, 도 2a에 도시된 바와 같이, 석영으로 이루어진 마스크 기판(100) 위에 수 %의 광투과율을 갖는 MoSiN 등의 물질을 사용하여 위상 반전막(102)을 형성한다. 그 위에 광차단 물질인 크롬(Cr) 등으로 광 차단막(104)을 형성하고, 계속하여 그 위에 감광막을 형성한다. 그리고, 상기 감광막에 대해 전자빔(e-beam) 노광 장치를 이용한 노광 및 현상 공정을 진행하여, 감쇄 위상 반전 마스크의 광투과 영역("가")을 정의하는 감광막 패턴(106)을 형성한다. 이러한 감광막 패턴(106)은 감쇄 위상 반전 마스크의 광투과 영역("가")을 개방하고, 다른 영역은 차폐하고 있다.

이후, 도 2b에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 제 1 감광막(106) 패턴을 마스크로 이에 의해 개방된 하부의 광차단막(104) 및 위상 반전막(102)을 식각함으로서, 상기 광차단막(104) 및 위상 반전막(102)을 패터닝한다.

그리고, 상기 광차단막(104) 위에 잔류하는 상기 감광막 패턴(106)을 제거하고 나서, 세정 공정을 진행한다.

이후, 도 2c에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 마스크 기판(100) 위에 상기 패터닝된 위상 반전막(102) 및 광차단막(104)이 매립되도록 광활성 화합물(Photo Active Compound)이 제거된 노볼락계 감광막(108)을 형성한다.

여기서, 상기 광활성 화합물이 제거된 노볼락계 감광막(108)이라 함은, 통상적인 노볼락계 감광막을 이루는 각 구성 성분 중, 예를 들어, 광산 발생제와 같은 광활성 화합물이 제거된 감광막을 의미하는 것이다. 즉, 통상적인 노볼락계 감광막은 노볼락계 기본 수지와 유기 용매 및 광산 발생제와 같은 광활성 화합물을 포함하여 이루어짐으로서, 상기 광활성 화합물에 의해 노광 부위에서 현상이 이루어질 수 있게 되지만, 본 실시예에서 사용된 상기 광활성 화합물이 제거된 노볼락계 감광막(108)은 이러한 각 구성 성분 중 광산 발생제와 같은 광활성 화합물이 제거됨으로서 노볼락계 기본 수지와 유기 용매만을 포함하게 되는 바, 이에 따라 노광 없이 현상에 의해 제거될 수 있는 성질을 나타낸다.

한편, 상기 광활성 화합물이 제거된 노볼락계 감광막(108)을 형성한 후에는, 도 2d에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 노볼락계 감광막(108)의 소정 두께를 현상 제거한다. 다만, 이러한 현상 공정에서는 전체적인 노볼락계 감광막(108)을 모두 현상·제거하는 것이 아니라, 현상 조건을 조절하여 감쇄 위상 반전 마스크의 위상 반전 영역("나")에 있는 광차단막(104)이 드러나도록 노볼락계 감광막(108)의 일부 두께만을 현상·제거한다. 즉, 감쇄 위상 반전 마스크의 광투과 영역("가")에는 이미 광차단막(104) 및 위상 반전막(102)이 완전히 제거된 상태에서 상기 노볼락계 감광막(108)이 다른 영역보다 두껍게 형성되어 있기 때문에, 상기한 바와 같은 조건으로 현상 공정을 진행하면, 이러한 광투과 영역("가")에는 광차단막(104)보다 낮은 높이로 상기 노볼락계 감광막(108)의 소정 두께가 잔류하게 되며, 상기 위상 반전 영역("나")에는 상기 광차단막(104) 위의 노볼락계 감광막(108)이 제거되어 광차단막(104)이 상기 광투과 영역("가")의 잔류 노볼락계 감광막(108) 사이로 광차단막(104)의 상부가 드러나 있다. 한편, 이들 두 영역을 제외한 광차단 영역("다")의 광차단막(104) 상에는 다량 도포되어 있던 노볼락계 감광막(108) 중 일부만이 제거되어 일부 두께의 노볼락계 감광막(108)이 잔류하고 있다.

이후, 도 2e에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 잔류 노볼락계 감광막(108)을 마스크로 상기 위상 반전 영역("나")에 있는 상기 광차단막(104)을 선택적으로 블랭크 식각하여 제거한다.

이러한 식각 공정의 결과, 광차단 영역("다")에는 일부의 노볼락계 감광막(108)이 광차단막(104) 위에 잔류하고 있으므로 해당 영역의 광차단막(104) 및 위상 반전막(102)은 식각되지 않고 잔류하며, 광투과 영역("가")에도 광차단막(104)보다 낮은 높이로 소정 두께의 노볼락계 감광막(108)이 잔류하고 있으므로 하부의 마스크 기판(100)에 대한 식각이 진행되지 않는다. 따라서, 상기 식각 공정에 따라 상기 위상 반전 영역("나")에 드러나 있는 광차단막(104) 만이 선택적으로 식각·제거되며, 이에 따라 하부의 손상 없이 위상 반전 영역("나")의 광차단막(104) 만을 선택적으로 제거할 수 있다.

그리고 나서, 세정 공정을 진행함으로서 상기 노볼락계 감광막(108)을 제거하면, 최종적인 감쇄 위상 반전 마스크가 제조된다.

즉, 상기 본 실시예에 따르면, 광활성 화합물이 제거된 노볼락계 감광막의 특성을 이용하여 한 단계의 노광 공정을 생략할 수 있기 때문에 전체적인 감쇄 위 상 반전 마스크의 제조 공정이 크게 단순화된다.

특히, 2 단계의 노광 공정을 각각 진행하기 위해 별도의 노광 장치에 대한 투자가 필요하게 되는 종래 기술과는 달리, 본 실시예에서는 단 1 단계의 노광 공정만을 진행하므로, 전체적인 공정의 생산성이 크게 행상되며 공정 단가 역시 크게 절감된다.

또한, 종래 기술에서는 상기 광차단막(104)을 제거하기 위한 두 번째의 노광 공정에서, 감광막 패턴을 형성하기 위한 전자빔 노광 시간이 길게 될 뿐 아니라, 차지업(charge-up)에 의해 공정 불량이 발생할 우려가 크게 되나, 본 실시예에서는 이러한 두 번째의 노광 공정을 진행하지 않으므로, 이러한 종래 기술의 문제점 역시 모두 해결할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면 한 단계의 노광 공정을 생략할 수 있어서 감쇄 위상 반전 마스크의 전체적인 제조 공정을 크게 단순화할 수 있는 동시에, 고가의 노광 장치에 대한 투자를 줄일 수 있으므로, 전체적인 제조 공정의 단가를 절할 수 있고 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.

Claims (2)

1. 마스크 기판 상에 위상 반전막 및 광차단막을 순차 형성하는 단계,

   상기 광차단막 위에 광투과 영역을 개방하는 감광막 패턴을 형성하는 단계,

   상기 감광막 패턴을 마스크로 상기 광차단막 및 위상 반전막을 패터닝하는 단계,

   상기 감광막 패턴을 제거하는 단계,

   상기 마스크 기판 위에 상기 위상 반전막 및 광차단막이 매립되도록 광활성 화합물이 제거된 노볼락계 감광막을 형성하는 단계,

   상기 광투과 영역의 노볼락계 감광막 높이가 상기 광차단막보다 낮아지도록 상기 노볼락계 감광막의 소정 두께를 현상하는 단계,

   상기 노볼락계 감광막을 마스크로 위상 반전 영역에 있는 상기 광차단막을 식각·제거하는 단계, 및

   상기 노볼락계 감광막을 제거하는 단계를 포함하는 감쇄 위상 반전 마스크의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 광차단막은 크롬층으로 형성되고, 상기 위상 반전막은 MoSiN막으로 형성되는 감쇄 위상 반전 마스크의 제조 방법.

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