KR101168410B1 - 포토마스크 및 그 제조방법 - Google Patents

포토마스크 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 위상반전층을 구비한 포토마스크의 제조방법 및 그에 따른 포토마스크의 구조에 관한 것으로, 구체적으로는 투명기판상에 형성된 위상반전층과 차광층에 1차 드라이 에칭을 수행하는 1단계와 상기 차광층의 측면에 2차 드라이 에칭을 수행하여 위상반전테일을 형성하는 2단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 서로 다른 투과율을 가지는 두 개의 재료로 구성되는 위상반전층과 차광층의 적층구조에 드라이 에칭을 이용하여 위상반전테일을 형성하도록 해, 한 번의 포토리소그라피 공정만으로 포토마스크를 완성할 수 있어 제조공정 단축을 통한 공정의 효율성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
위상반전테일, 포토마스크, 드라이 에칭

Description

포토마스크 및 그 제조방법{Photo-mask within phased shaft tail adn Fabricating method of the same}
본 발명은 위상반전층을 구비한 포토마스크의 제조방법 및 그에 따른 포토마스크의 구조에 관한 것이다.
위상반전마스크는 간섭 또는 부분간섭 광의 간섭을 이용하여 원하는 크기의 패턴을 형성하여 해상도, 초점 심도 등을 증가시킨다. 위상반전(Phase Shifting)은 기존의 마스크에 투명한 막으로 추가적인 패턴을 형성시켜 만들 수 있다. 빛이 마스크기판을 통과할 때 또는 위상반전(Shifter)막을 통과할 때 그 파장은 진공 중의 파장을 굴절률로 나눈 값으로 짧아진다. 따라서 같은 위상이 빛이 위상반전의 유무에 따라 차이가 생기게 되며 이때 광경로 차이를θ라고 하면, θ=2πt(n-)/λ(n은 시프터의 굴절률이고, t는 시프터의 두께이고 λ는 사용되는 파장이다)이고, θ가 π인 경우에 위상반전막(시프터)을 통과한 광선은 역위상을 갖게 된다. 따라서 광투광부만을 통과한 빛과 시프터를 통과한 빛은 서로 역위상이기 때문에, 시프터를 마스크패턴의 가장자리에 위치시키면 패턴의 경계부분에서는 빛의 강도가 제로(0)가 되어 콘트라스트가 증가하게 된다. 이 경우의 시프터 즉 위상반전영역을 위상반 전테일부라고 명명하고, 이러한 원리의 위상반전마스크를 제조하는 공정을 살펴보면 다음과 같다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 위상반전마스크의 제조공정도이며, 이를 참조하면, 투명기판(10)상에 위상반전층(20)과 차광층(30)을 성막한 블랭크마스크를 형성하고(S 1단계), 이후 1차 포토레지스트(40)를 도포하고 이를 패터닝하게 된다(S 2단계). 패터닝된 포토레지스트를 매개로 차광층을 에칭(S 3단계), 위상반전층 에칭(S 4단계)을 순차로 수행하고, 이후 포토레지스트를 박리한다(S 5단계). 그리고 다시 2차 포토레지스트(50)를 도포하고, 위상반전테일(tail; T 1)을 형성하기 위한 패터닝을 수행하며(S 6단계), 이 패턴을 매개로 차광층을 에칭하여 위상반전테일(T 2)를 형성하고(S 7단계), 이후 2차 포토레지스트를 제거하여 완성하게 된다.
이러한 공정 방식은 상술한 위상반전테일을 형성하기 위하여 포토리소그라피의 공정을 2회 수행하기 때문에 공정시간이 길어지고, 공정에러에 따른 불량률이 증가하게 되는 문제가 발생하게 된다. 또한, 에칭된 에지(edge)부 패턴의 정밀도가 떨어져 마스크의 성능이 저하되는 문제도 아울러 발생하게 된다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 서로 다른 투과율을 가지는 두 개의 재료로 구성되는 위상반전층과 차광층의 적층구조에 드라이 에칭을 이용하여 위상반전테일을 형성하도록 해, 한 번의 포토리소그라피 공정만으로 포토마스크를 완성할 수 있어 제조공정 단축을 통한 공정의 효율성을 확보할 수 있는 제조공정과 이를 통해 제조되는 고품질의 마스크를 제공하는 데 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 투명기판상에 형성된 위상반전층과 차광층에 수직 드라이 에칭을 수행하는 1단계; 상기 차광층의 측면에 측면 드라이 에칭을 수행하여 위상반전테일을 형성하는 2단계를 포함하는 포토마스크의 제조방법을 제공한다.
특히, 상술한 제조공정에서 상기 1단계의 위상반전층과 차광층은 서로 다른 투과율을 가지며, 선택적 에칭이 가능한 상이한 재료로 이루어질 수 있다.
나아가, 상기 1단계는 상기 차광층상에 포토레지스트를 도포하여 패터닝된 영역을 드라이 에칭을 통해 위상반전층과 차광층을 순차로 에칭하여 투명기판 영역을 노출시키는 단계로 형성시킬 수 있다.
본 발명의 제조공정에서의 상기 2단계는, 상기 수직 드라이 에칭 시 인가되는 전위보다 낮은 전위를 인가하여 드라이 에칭을 수행하는 단계로 구현될 수 있 다.
상술한 제조공정을 통해 종래의 제조공정에 비해 간소화된 공정으로 위상반전 포토마스크를 제조할 수 있게 된다.
또한, 상술한 위상반전 포토마스크의 제조공정에 다음과 같은 공정을 부가함으로써, 다수의 반투과영역을 구비한 포토마스크를 제조할 수도 있다.
구체적으로는, 본 발명에 따른 제조공정 1단계와 2단계 이후에, 상기 위상반전테일이 형성된 영역 이외의 영역에 포토레지스트를 도포해 2차 패터닝을 수행하는 3단계; 상기 2차패터닝 영역에 3차 드라이 에칭을 통해 차광층을 제거하여 하프톤 부를 형성하는 4단계; 를 더 포함하는 포토마스크의 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 상술한 4단계 이후에 상기 포토마스크 상에 반투과물질층을 적층 하는 5단계; 상기 반투과물질층 상에 포토레지스트를 적층하고 3차 패터닝하는 6단계; 상기 3차 패터닝 된 영역에 드라이 에칭을 통해 상기 반투과물질층을 선택적으로 제거하는 7단계; 를 더 포함하는 포토마스크의 제조방법을 통해 다른 구조의 포토마스크를 제조할 수도 있다.
상술한 본 발명에 따른 제조공정에 따르면 다음과 같은 구조의 포토마스크를 제조할 수 있다.
구체적으로는, 투명기판상에 위상반전층과 차광층이 순차로 적층된 적층영역을 적어도 1 이상 구비하며, 상기 적층영역의 외각부에는 상기 위상반전층이 차광층보다 길게 돌출된 위상반전 테일(Tail)영역이 형성되며, 상기 적층영역의 일부에 는 상기 차광층이 제거되는 하프톤 부를 적어도 1 이상 포함되는 구조로 형성할 수 있다.
특히, 상술한 구조에서 상기 위상반전층과 차광층은 서로 다른 투과율을 가지며, 선택적 에칭이 가능한 상이한 재료로 이루어질 수 있다.
다른 실시예로는 상기 광투과영역 또는 상기 위상반전층 상에 반투과물질층이 적층된 구조의 투과율조절영역이 적어도 1 이상 형성되도록 형성할 수도 있다. 이 구조에서는 상기 투과율조절영역이 형성된 포토마스크의 차광층의 상부에는 반투과물질층이 적층된 구조를 구비하도록 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 서로 다른 투과율을 가지는 두 개의 재료로 구성되는 위상반전층과 차광층의 적층구조에 드라이 에칭을 이용하여 위상반전테일을 형성하도록 해, 한 번의 포토리소그라피 공정만으로 포토마스크를 완성할 수 있어 제조공정 단축을 통한 공정의 효율성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
특히, 드라이 에칭을 이용한 차광층의 측면에칭(side etching)을 통해 패턴형성을 구현하여 포토마스크의 설계자유도 및 수정의 자유도를 향상시킬 수 있으며, 패턴의 에지(edge)를 정교하게 구현할 수 있어 포토마스크의 특성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
아울러, 위상반전타입과 동시에 서로 다른 투과율 영역을 가지는 반투과부를 적어도 1 이상 구비한 다중 반투과영역을 가지는 포토마스크를 손쉽게 구현할 수 있는 장점도 있다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명은 두 층의 적층구조를 갖는 위상반전테일을 구비한 포토마스크의 제조시 드라이 에칭을 이용해 측면에칭(side etching)량을 조절하여 포토리소그라피공정을 한번으로 간소화함과 동시에 패턴의 정밀도를 확보할 수 있도록 하는 것을 그 요지로 한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 포토마스크의 제조공정에 대한 순서도 및 공정도를 도시한 것이다.
본 발명에 따른 제조공정은 크게 투명기판상에 형성된 위상반전층과 차광층에 수직 드라이 에칭을 수행하는 1단계와 상기 차광층의 측면에 측면 드라이 에칭을 수행하여 위상반전테일을 형성하는 2단계를 포함하여 구성된다.
상기 1단계는 구체적으로, 투명기판상(110)에 위상반전층(120)과 차광층(130)이 적층되도록 성막한 블랭크 마스크를 형성한다(P 1단계).
다음으로, P 2단계에서 상기 차광층(130)의 상부에 포토레지스트(140)를 도포하고, 상기 포토레지스트(140)을 노광, 현상하여 일정한 패턴으로 패터닝한다.
이후에 P 3단계로, 상기 포토레지스트 패턴을 매개로 1차 드라이 에칭을 수행한다. 상기 1차 드라이 에칭은 플라즈마를 이용하여 차광층을 우선 에칭하고(P 31), 이후에 위상반전층을 에칭하여 투명기판 영역이 노출되도록 한다(P 32). 따라서 상기 1차 드라이 에칭은 투명기판의 수직방향에서 에칭이 수행되도록 전압을 인가하여 플라즈마를 형성하여 이온충돌(ion bombardment)을 극대화할 수 있도록 함이 바람직하다.
상기 1차 드라이 에칭 이후에는, P 4단계에서, 상기 1차 드라이 에칭에 인가하는 전위보다 낮은 전위로 전위차를 컨트롤하여 에칭을 수행하며, 이 경우 플라즈마를 통한 화학반응(Chemical reaction)의 증대를 통해 측면에칭(side etching)을 극대화할 수 이도록 하여 상기 차광층(130)의 측면이 식각되도록 수행된다. 즉 종래와는 달리 동일 프로세스의 챔버에서 전위 컨트롤을 통해 위상반전테일(T 3)을 형성하게 된다. 이후 포토레지스트를 박리하여 포토마스크를 완성한다(P 5단계).
도 2c는 이러한 공정을 통해 위상반전테일(T 3)이 구현된 실제 이미지 사진을 도시한 것이다. 이상과 같은 공정을 통해 제작된 포토마스크는 종래의 2회에 걸친 포토리소그라피의 공정이 1회로 단축되는 장점이 구현되며, 위상반전 테일 부위의 에칭된 에지(edge)부 패턴의 정밀하게 형성할 수 있게 된다.
본 발명에서 수행되는 건식식각(드라이 에칭)은 일반적으로 아르곤 가스를 이용하여 플라즈마를 이용한 에칭을 이용할 수 있으며, 플라즈마의 방전영역에서 전위분포를 컨트롤하여 수직 또는 수평방향의 식각을 구현할 수 있게 된다.
도 3a는 본 발명의 포토마스크의 다른 구현 예를 도시한 것이다.
구체적으로는 상기 P 5단계에서 형성된 위상반전 테일부가 형성된 포토마스크에 별도의 하프톤부를 더 형성하는 제조공정을 도시한 것이다.
구체적으로는 P 5단계에서 위상반전층과 차광층이 적층된 적층영역을 간소한 구조를 가지고 설명하면 다음과 같다. 동일 구성의 부호는 동일하다. 우선, Q 1단계로 적층영역의 상부에 포토레지스트(150)를 도포하고, 이후에 상기 포토레지스트를 패터닝하여 반투과부를 구현할 패턴영역(H 0)을 형성하며(Q 2단계), 이후에 상기 패턴을 매개로 차광층을 드라이 에칭하여 위상반전층이 노출된 하프톤부(H 1)를 형성한다(Q 3단계). 이후 적층한 포토레지스트를 박리하여, 위상반전테일(T 3)영역과 위상반전층으로 형성되는 하프톤부(H 1)를 구비한 포토마스크를 구현하게 된다.
상술한 위상반전층은 다양한 물질이 적용할 수 있으며, 일례로는 위상반전층은 단층막 또는 2층막 이상의 다층막으로 구성하는 것이 가능하다. 특히 바람직한 일례로는 본 발명에서는 단층막으로 구현이 가능하다. 일례로 몰리브덴 실리사이드(MoSi)를 필수적으로 포함하고 우수한 이온 흡착 특성, Haze 특성, 반사율 특성, Dry Etching특성, Particle 특성 및 Aging 특성을 위해, 전이금속인 코발트(Co), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 바나듐(V), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 아연(Zn), 하프늄(Hf), 게르마늄(Ge), 알루미늄(Al), 플래티늄(Pt), 망간(Mn), 철(Fe), 루세늄(Ru), 안토늄(Sb), 니켈(Ni), 카드늄(Cd), 지르코늄(Zr), 주석(Sn), 갈도륨(Ga), 니오븀(Nb)으로 이루어진 군에서 1종 이상의 전이금속을 포함할 수 있다.
또한, 탄탈(Ta), 크롬(Cr), 텅스텐(W), 니오븀(Nb), 팔라듐(Pd), 플래티 늄(Pt), 지르코늄(Zr) 중에 선택된 1종 이상의 전이금속과 몰리브덴 실리사이드(MoSi)를 필수적으로 포함하는 화합물로 이루어진 위상반전층으로 구성하거나, 전이금속인 탄탈(Ta)를 포함하고 몰리브덴 실리사이드(MoSi)를 필수적으로 포함하는 것으로도 구현할 수 있다.
도 3b는 본 발명에 따른 또 다른 구현 예를 도시한 것이다.
상술한 Q 4단계의 포토마스크에 반투과물질층(160)을 성막한다(R 1~R 2단계).
다음으로, 상기 반투과물질층(160)이 적층된 영역의 상부에 포토레지스트(170)을 도포하고(R 3단계), 이후에 소정 패턴(171,172,173)을 노광, 현상을 통해 형성하고(R 4단계), 에칭을 통해 상기 반투과물질층을 선택적으로 제거하고(R 5단계), 포토레지스트를 제거하여 R 6단계의 구조의 포토마스크를 형성할 수 있다. 본 실시예에 따른 포토마스크는, 광투과율이 100%인 광투과부와, 위상반전테일(T 3)이 구비된 영역(V), 그리고 반투과물질층만으로 형성되는 제2반투과층(X), 위상반전층으로 형성되는 상술한 하프톤부인 제1반투과층(Y), 위상반전층과 반투과물질층으로 형성되는 제3반투과층(Z)으로 구현되는 다중 반투과영역을 구비한 멀티톤 포토마스크를 구현할 수 있게 된다. 또한, 본 일 실시예에 따른 제조공정에 의하면, 상기 차광층(120)은 광을 완전차단하는 조성물을 이용할 수 있으며, 그 상부에는 반투과물질층이 적층된 구조가 형성될 수 있다.
상기의 반투과물질층을 구성하는 물질은 Mo, Si, Ta, W, Al, Cr, Hf, Zr, Me, V, Ni, Nb, Co, Ti을 주원소로 하여, 상기 주원소물질(주원소로만 이루어진 물 질) 또는 상기 주원소들 중 적어도 두 개 이상이 혼합된 복합 물질이거나, 상기 주원소 또는 복합 물질에 COx,Ox, Nx 중 적어도 하나가 첨가된 물질인 것이 바람직하다. 상기 첨자는 결합되는 주원소에 따라 변하는 자연수이다. 예를 들면 CrxOy, CrxCOy, CrxOyNz, SixOy, SixOyNz, SixCOy, SixCOyNz, MoxSiy, MoxOy,MoxOyNz, MoxCOy, MoxOyNz, MoxSiyOz, MoxSiyOzN MoxSiyCOzN, MoxSiyCOz, TaxOy, TaxOyNz, TaxCOy, TaxOyNz, AlxOy, AlxCOy, AlxOyNz, AlxCOyNz, TixOy, TixOyNz, TixCOy 중 어느 하나 또는 이들의 조합된 물질을 사용할 수 있다. 상기 첨자 x,y 및 z는 자연수로서 각 화학 원소의 개수를 의미한다.
전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 위상반전마스크의 제조방법의 순서도 및 공정도를 도시한 것이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 제조공정의 순서도 및 공정도를, 도 2c는 본 발명에 따른 위상반전테일영역을 도시한 이미지이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 포토마스크를 제조하는 공정도를 도시한 것이다.

Claims (10)

  1. 투명기판상에 순차적층된 위상반전층과 차광층에 포토레지스트를 도포하여 패터닝된 영역을 1차 드라이 에칭을 통해 위상반전층과 차광층을 순차로 에칭하여 투명기판 영역을 노출시키는 1단계;
    상기 차광층의 측면에 2차 드라이 에칭을 수행하여 투명기판이 노출되는 광투과영역과 위상반전층의 일단이 차광층의 측면부보다 돌출되는 구조의 위상반전테일을 형성하고 포토레지스트를 제거하는 2단계;
    상기 위상반전층과 차광층이 형성된 투명기판 상에 2차 포토레지스트 층을 형성하고, 상기 위상반전층 및 차광층의 적층구조물 중 어느 하나 이상에 차광층 부분(H0)이 노출되도록 포토레지스트를 패터닝하는 3단계;
    상기 3단계에서 노출된 차광층영역을 3차 드라이에칭으로 제거하여 위상반전층을 노출시켜 위상반전층 만으로 형성되는 영역(H1)을 형성하고 2차포토레지스트를 제거하는 4단계;
    를 포함하는 포토마스크의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 포토마스크 상에 반투과물질층을 적층 하는 5단계;
    상기 반투과물질층 상에 포토레지스트를 적층하고 상기 위상반전테일 영역과 광투과영역이 형성될 영역 및 위상반전층만으로 반투과 기능을 구현할 영역을 노출하도록 패터닝 하는 6단계;
    상기 6단계 이후에 드라이 에칭을 통해 상기 반투과물질층을 선택적으로 제거하여, 반투과물질층만으로 구성되는 층과, 위상반전층과 반투과물질층으로 구성되는 층을 적어도 1 이상 포함하는 반투과영역을 형성하도록 패터닝하는 7단계;
    를 더 포함하는 포토마스크의 제조방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 위상반전층은,
    몰리브덴 실리사이드(MoSi)를 필수적으로 포함하고,
    전이금속인 코발트(Co), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 바나듐(V), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 아연(Zn), 하프늄(Hf), 게르마늄(Ge), 알루미늄(Al), 플래티늄(Pt), 망간(Mn), 철(Fe), 루세늄(Ru), 안토늄(Sb), 니켈(Ni), 카드늄(Cd), 지르코늄(Zr), 주석(Sn), 갈도륨(Ga), 니오븀(Nb) 중에서 선택되는 1 종 이상의 물질을 포함하여 구성되는 포토마스크의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 2단계는,
    상기 1차 드라이 에칭 시 인가되는 전위보다 낮은 전위를 인가하여 드라이 에칭을 수행하는 단계인 것을 특징으로 하는 포토마스크의 제조방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 투명기판이 노출되는 광투과영역;
    상기 투명기판 상에 위상반전층과 차광층의 순차로 적층되며, 상기 위상반전층과 차광층의 순차적층구조의 외각부에는 위상반전층이 차광층보다 길게 돌출된 구조의 위상반전 테일(Tail)부;를 적어도 1 이상 구비하되,
    위상반전층 만으로 형성되어 광을 일부 투과시키는 제1반투과층과, 상기 투명기판 상에 적층되는 반투과물질층만으로 형성되어 상기 제1반투과층과 서로 다른 투과율을 구현하는제2반투과층과, 상기 위상반전층 상에 반투과물질층의 적층된 구조로 상기 제1 및 제2 반투과층과 서로 다른 투과율을 구현하는 제3반투과층 중 2 종류 이상을 구비하는 투과율조절영역을 포함하는 포토마스크.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 위상반전층은,
    몰리브덴 실리사이드(MoSi)를 필수적으로 포함하고,
    전이금속인 코발트(Co), 탄탈륨(Ta), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 바나듐(V), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 아연(Zn), 하프늄(Hf), 게르마늄(Ge), 알루미늄(Al), 플래티늄(Pt), 망간(Mn), 철(Fe), 루세늄(Ru), 안토늄(Sb), 니켈(Ni), 카드늄(Cd), 지르코늄(Zr), 주석(Sn), 갈도륨(Ga), 니오븀(Nb) 중에서 선택되는 1 종 이상의 물질을 포함하여 구성되는 포토마스크.
  9. 삭제
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 투과율조절영역이 형성된 포토마스크의 차광층의 상부에는 반투과물질층이 적층된 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 포토마스크.
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