KR101090474B1 - 교번형 위상반전마스크 제조방법 - Google Patents

교번형 위상반전마스크 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 교번형 위상반전마스크 제조방법은, 투광기판 위에 광차단막패턴들을 형성하여 투광영역들을 한정하는 단계와, 투광영역들 중 위상반전영역의 투광기판 내에 식각정지막을 형성하는 단계와, 그리고 식각정지막을 이용하여 위상반전영역의 투광기판을 식각하는 단계를 포함한다.
교번형 위상반전마스크(alternating PSM), 위상반전패턴, 식각정지막

Description

교번형 위상반전마스크 제조방법{Method of fabricating alternating phase shift mask}
본 발명은 반도체소자 제조에 사용되는 포토마스크에 관한 것으로서, 특히 교번형 위상반전마스크 제조방법에 관한 것이다.
최근 반도체소자의 집적도가 증가함에 따라, 반도체소자를 구성하는 패턴들도 미세해지고 있다. 이와 같은 추세에 따라 미세패턴을 형성하는데 있어서 해상력 증대기술들 중의 하나로서 위상반전마스크(PSM; Phase Shift Mask)를 주로 사용하고 있다. 교번형 위상반전마스크는 이와 같은 위상반전마스크의 종류들 중 하나이다. 교번형 위상반전마스크는, 바이너리 마스크에 위상반전패턴을 배치시킨 구조ㄹ로 이루어진다. 이에 따르면, 위상반전패턴이 배치된 위상반전영역에서 전계(E-field)가 180°반전되어 바로 옆에 있는 패턴과 간섭을 하지 않으며, 이에 따라 바이너리 마스크에 비해 작은 패턴을 높은 해상도(contrast)로 패터닝할 수 있다.
도 1은 교번형 위상반전마스크의 일 예를 나타내 보인 단면도이다. 도 1을 참조하면, 교번형 위상반전마스크는, 쿼츠(quartz)와 같은 투광기판(110) 위에 광차단막패턴(120)이 배치된다. 광차단막패턴(120)은 크롬(Cr)막으로 형성할 수 있 다. 광차단막패턴(120)에 의해 노출되는 투광기판(110)의 노출부분 중 일부는 일정 깊이(d)로 식각된 트랜치가 배치되며, 이 트랜치는 위상반전패턴(112)으로 작용한다.
이와 같은 교번형 위상반전마스크를 제조하는데 있어서, 트랜치 형태로 이루어진 위상반전패턴(112)의 깊이(d)를 정밀하게 제어하는 것이 중요하다. 이는 트랜치 형태의 위상반전패턴(112)의 깊이(d)에 의해 위상반전영역에서의 위상차가 결정되기 때문이다. 현재 교번형 위상반전마스크의 구조상 식각 정지점(etch end-point) 검출이 용이하지 않기 때문에, 위상반전패턴(112) 형성을 위한 식각은, 식각율(etch rate)을 계산한 후에 필요한 깊이로 식각하는데 소요되는 시간을 정하여 수행하고 있다. 그러나 이와 같은 방법은, 패턴 밀도, 식각장비 등과 같은 식각 환경에 따른 변수를 고려하지 못하고 있다. 이와 같은 변수로 인해 위상반전패턴(112)이 원하는 깊이로 형성되지 못할 수 있으며, 이로 인해 위상반전영역에서 위상차 편차가 발생되어 패턴전사에 있어서 패턴 불량을 야기할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 교번형 위상반전마스크의 위상반전패턴 형성을 위한 식각시 식각깊이를 정밀하게 제어할 수 있도록 하는 교번형 위상반전마스크 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 예에 따른 교번형 위상반전마스크 제조방법은, 투광기판 위에 광차단막패턴들을 형성하여 투광영역들을 한정하는 단계와, 투광영역들 중 위상반전영역의 투광기판 내에 식각정지막을 형성하는 단계와, 그리고 식각정지막을 이용하여 위상반전영역의 투광기판을 식각하는 단계를 포함한다.
일 예에서, 식각정지막은, 위상반전영역에서의 위상이 투광영역들에서의 위상과 180°위상차가 발생되도록 하는 깊이에 형성한다.
일 예에서, 식각정지막은, 투광기판의 투과율보다 낮은 투과율을 갖는 저투과영역으로 형성한다. 이 경우 저투과영역은 레이저 조사방법을 사용하여 형성할 수 있다. 또한 식각정지막을 이용하여 위상반전영역의 투광기판을 식각하는 단계는, 위상반전영역의 투광기판을 선택적으로 식각하는 단계와, 식각이 이루어지는 동안 저투과율영역으로부터의 투과율 세기를 측정하는 단계와, 그리고 측정된 투과율 세기가 급격하게 증가하는 시점에 식각을 종료시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 예에 따른 교번형 위상반전마스크 제조방법은, 주패턴영역 및 주패턴영역을 둘러싸는 프레임영역을 갖는 투광기판을 준비하는 단계와, 투광기 판 위에 광차단막패턴들을 형성하여 주패턴영역 내의 투광영역들 및 프레임영역 내의 더미패턴영역을 한정하는 단계와, 더미패턴영역의 투광기판 내에 식각정지막을 형성하는 단계와, 그리고 식각정지막을 이용하여 투광영역들 내의 위상반전영역 및 더미패턴영역의 투광기판을 식각하는 단계를 포함한다.
일 예에서, 식각정지막은, 위상반전영역에서의 위상이 투광영역들에서의 위상과 180°위상차가 발생되도록 하는 깊이에 형성한다.
일 예에서, 식각정지막은, 투광기판의 투과율보다 낮은 투과율을 갖는 저투과영역으로 형성한다. 이 경우, 저투과영역은 레이저 조사방법을 사용하여 형성할 수 있다. 또한 식각정지막을 이용하여 투광영역들 내의 위상반전영역 및 더미패턴영역의 투광기판을 식각하는 단계는, 위상반전영역 및 더미패턴영역의 투광기판을 선택적으로 식각하는 단계와, 식각이 이루어지는 동안 저투과율영역으로부터의 투과율 세기를 측정하는 단계와, 그리고 측정된 투과율 세기가 급격하게 증가하는 시점에 식각을 종료시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 위상반전영역의 투광기판 또는 더미패턴영역의 투광기판에 식각정지막을 형성하고, 위상반전패턴 형성을 위한 식각을 수행하는 동안 상기 식각정지막에 대한 투과율을 측정하여 투과율이 급격하게 증가하는 시점에 식각을 종료함으로써 180°위상차를 정확하게 구현할 수 있는 깊이의 위상반전패턴을 형성할 수 있다.
도 2 내지 도 8은 본 발명에 따른 교번형 위상반전마스크 제조방법을 설명하기 위해 나타내 보인 도면들이다. 구체적으로 도 3 및 도 6은 도 2의 주패턴영역(210)을 나타내 보인 단면도들이고, 도 4, 도 5 및 도 7은 도 2의 프레임영역(220) 중 A-A'를 따라 절단하여 나타내 보인 단면도들이다. 그리고 도 8은 도 7의 식각정지점검출장치(EPD)(700)의 출력신호를 나타내 보인 그래프이다.
먼저 도 2 내지 도 3을 참조하면, 주패턴영역(210) 및 프레임영역(220)을 갖는 투광기판(310)을 준비한다. 프레임영역(220)은 주패턴영역(210)을 둘러싸도록 배치되지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 투광기판(310)으로는 쿼츠(quartz)기판을 사용할 수 있다. 투광기판(310) 위에 광차단막패턴(320)을 형성한다. 광차단막패턴(320)은 크롬(Cr)막으로 형성할 수 있다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 주패턴영역(210)에서 광차단막패턴(320)은 그 사이에 배치되어 투광기판(310)이 노출되는 투광영역(T)들을 한정한다. 투광영역(T)들 중 일부에는 후속의 식각공정에 의한 트랜치 형태의 위상반전패턴이 형성된다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 프레임영역(220)에서는 광차단막패턴(320)은 더미패턴영역(230)을 제외하고 나머지 영역에서는 투광기판(310)을 모두 덮도록 형성된다.
다음에 도 5를 참조하면, 프레임영역(220) 내에서 광차단막패턴(320)에 의해 한정되는 더미패턴영역(230)의 투광기판(310) 내에 식각정지막을 형성한다. 본 실시예에서, 식각정지막은 투광기판(310)의 투과율보다 낮은 투과율의 저투과영역(330)으로 형성한다. 저투과영역(330)은 더미패턴영역(230)의 투광기판(310)에 레이저(500)를 조사함으로써 형성할 수 있다. 즉 도면에서 화살표(510)로 나타낸 바와 같이, 가로방향(x 방향)으로 레이저(500)를 이동시키면서 투광기판(310)의 일정 깊이(D)에 데미지(damage)를 가한다. 레이저(500)에 의해 데미지가 가해진 부분에는 본래의 투과율보다 낮은 투과율 특성을 갖는 저투과영역(330)이 만들어진다. 저투과영역(330)의 깊이(D)는 주패턴영역(210) 내에서 트랜치 형태의 위상반전패턴의 깊이와 동일해야 된다. 따라서 저투과영역(330)의 깊이(D)는, 주패턴영역(210) 내의 투광영역에서의 광 위상과 180°위상차를 나타내는 깊이로 설정되며, 이에 따라 레이저(500) 조사시 레이저(500)의 포커싱을 설정된 깊이(D)로 맞춘다.
다음에 도 6 및 도 7을 참조하면, 소정의 마스크막패턴(미도시)을 이용하여 주패턴영역(220) 내의 위상반전영역에서 노출되는 투광기판(310)과, 프레임영역(230) 내의 더미패턴영역에서 노출되는 투광기판(310)에 대한 식각을 수행한다. 일 예에서 식각은 플라즈마를 이용한 건식식각방법을 사용하여 수행한다. 식각이 이루어지는 동안, 도 7에 나타낸 바와 같이, 프레임영역(230) 하단부에 설치된 식각정지검출장치(EPD)(700)를 이용하여 식각이 종료되어야 하는 시점을 검출한다.
구체적으로 식각정지검출장치(EPD)(700)는, 도면에서 화살표로 나타낸 바와 같이, 저투과영역(330)을 통과하는 신호를 수신한다. 여기서 신호는 상부에서 저투과영역(330)을 향해 조사하는 광일 수도 있고, 또는 플라즈마를 이용한 건식식각을 수행하는 경우 플라즈마 파장일 수도 있다. 어느 경우이던지, 도 8에 나타낸 바와 같이, 일정 시점, 즉 식각된 깊이가 설정된 깊이(D)에 도달되는 순간 투과율 세기는 급격하게 증가하게 된다. 이는 도 7에서 "a"로 나타낸 바와 같이, 그 깊이(D)에 있는 저투과영역(330)이 식각됨에 따라 저투과영역(330)에 의해 차단되어 있던 투 과율 세기가 급격하게 증가하기 때문이다.
이와 같이 투과율 세기가 급격하게 증가하는 시점이 되면 진행하고 있던 식각공정을 종료시킨다. 식각이 종료되면, 프레임영역(230)에는 설정된 깊이(D)의 트랜치 형태로 이루어진 더미패턴(232)이 만들어진다. 또한 더미패턴(232) 형성을 위한 식각과 주패턴영역(220)에서의 위상반전패턴(312) 형성을 위한 식각이 동시에 동일한 조건에서 이루어지기 때문에, 도 6에 나타낸 바와 같이, 주패턴영역(220)에도 이 더미패턴(232)과 동일한 깊이(D)의 위상반전패턴(312)이 만들어진다.
도 1은 교번형 위상반전마스크의 일 예를 나타내 보인 단면도이다.
도 2 내지 도 8은 본 발명에 따른 교번형 위상반전마스크 제조방법을 설명하기 위해 나타내 보인 도면들이다.

Claims (10)

  1. 투광기판 위에 광차단막패턴들을 형성하여 투광영역들을 한정하는 단계;
    상기 투광영역들 중 위상반전영역의 투광기판 내에 식각정지막을 형성하는 단계; 및
    상기 식각정지막을 이용하여 상기 위상반전영역의 투광기판을 선택적으로 식각하되, 상기 식각은, 상기 식각이 이루어지는 동안 상기 식각정지막으로부터의 투과율 세기를 측정하고, 상기 측정된 투과율 세기가 급격하게 증가하는 시점에서 상기 식각을 종료시켜 수행하는 단계를 포함하는 교번형 위상반전마스크 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 식각정지막은, 상기 위상반전영역에서의 위상이 상기 투광영역들에서의 위상과 180°위상차가 발생되도록 하는 깊이에 형성하는 교번형 위상반전마스크 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 식각정지막은, 상기 투광기판의 투과율보다 낮은 투과율을 갖는 저투과영역으로 형성하는 교번형 위상반전마스크 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 저투과영역은 레이저 조사방법을 사용하여 형성하는 교번형 위상반전마스크 제조방법.
  5. 삭제
  6. 주패턴영역 및 상기 주패턴영역을 둘러싸는 프레임영역을 갖는 투광기판을 준비하는 단계;
    상기 투광기판 위에 광차단막패턴들을 형성하여 상기 주패턴영역 내의 투광영역들 및 상기 프레임영역 내의 더미패턴영역을 한정하는 단계;
    상기 더미패턴영역의 투광기판 내에 식각정지막을 형성하는 단계; 및
    상기 식각정지막을 이용하여 상기 투광영역들 내의 위상반전영역 및 상기 더미패턴영역의 투광기판을 선택적으로 식각하되, 상기 식각은, 상기 식각이 이루어지는 동안 상기 식각정지막으로부터의 투과율 세기를 측정하고, 상기 측정된 투과율 세기가 급격하게 증가하는 시점에서 상기 식각을 종료시켜 수행하는 단계를 포함하는 교번형 위상반전마스크 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 식각정지막은, 상기 위상반전영역에서의 위상이 상기 투광영역들에서의 위상과 180°위상차가 발생되도록 하는 깊이에 형성하는 교번형 위상반전마스크 제조방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 식각정지막은, 상기 투광기판의 투과율보다 낮은 투과율을 갖는 저투과영역으로 형성하는 교번형 위상반전마스크 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 저투과영역은 레이저 조사방법을 사용하여 형성하는 교번형 위상반전마스크 제조방법.
  10. 삭제
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