KR101656456B1

KR101656456B1 - 하프톤형 위상반전 블랭크 포토마스크와 하프톤형 위상반전 포토마스크 및 그의 제조방법

Info

Publication number: KR101656456B1
Application number: KR1020090104504A
Authority: KR
Inventors: 장일용; 김훈; 이혜경; 우상균; 남동석
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2016-09-12
Also published as: US8865375B2; KR20110047756A; US8329363B2; US20110104591A1; JP5662101B2; US20130101926A1; JP2011095744A

Abstract

본 발명은 하프톤형 위상반전 블랭크 포토마스크와 하프톤형 위상반전 포토마스크 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 하프톤형 위상반전 포토마스크는, 노광광에 대하여 투과성을 가지는 투명 기판, 상기 투명 기판 상에 형성되고, 중앙의 패턴 영역(P)과 주변의 블라인드 영역(B)으로 구분되며, 상기 블라인드 영역(B)의 두께가 상기 패턴 영역(P)의 두께보다 더 두꺼우며, 상기 패턴 영역(P)을 통해서 노광광을 위상반전시키는 시프트 패턴 및 상기 블라인 영역(B)의 시프트 패턴 상에 형성되고, 노광광에 대하여 차광성을 가지는 차광 패턴을 포함한다.

위상반전 포토마스크, 차광, 시프트, 투과율

Description

하프톤형 위상반전 블랭크 포토마스크와 하프톤형 위상반전 포토마스크 및 그의 제조방법{Half-tone phase shift photomask blank and half-tone phase shift photomask and methods of fabricating the same}

본 발명은 하프톤형 위상반전 블랭크 포토마스크와 하프톤형 위상반전 포토마스크 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 포토리소그래피(photolithography) 기술을 이용하여 웨이퍼 상에 반도체 소자의 각종 패턴을 형성하고 있다. 그런데 반도체 소자가 고집적화됨에 따라 콘택 패턴이나 배선 패턴이 미세화되고, 따라서 기존의 포토마스크를 사용하는데는 많은 어려움이 있다. 그 대책의 일환으로 하프톤형 위상반전 포토마스크(half-tone phase shift photomask)가 사용되고 있다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 미세 패턴의 해상도를 개선할 수 있도록 차광 레이어를 박막화할 수 있는 하프톤형 위상반전 블랭크 포토마스크와 하프톤형 위상반전 포토마스크 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.

전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명의 포토마스크 제조방법은 투명 기판 상에 시프트 레이어, 차광 레이어 및 제1레지스트 레이어가 적층된 블랭크 포토마스크를 준비하고, 상기 제1레지스트 레이어를 현상하여 상기 차광 레이어를 노출시키는 패턴 영역(P)과 상기 차광 레이어를 노출시키지 않는 블라인드 영역(B)을 정의하는 제1레지스트 패턴을 형성하고, 상기 제1레지스트 패턴을 식각 마스크로 상기 차광 레이어를 식각하여, 상기 시프트 레이어를 선택적으로 노출시키는 차광 패턴을 형성하며, 상기 제1레지스트 패턴을 제거하고, 상기 차광 패턴을 식각 마스크로 상기 노출된 시프트 레이어를 식각하되, 상기 투명 기판의 표면을 노출시키지 않는 하프 시프트 패턴을 형성하고, 상기 차광 패턴 및 상기 하프 시프트 패턴 상에 제2레지스트 레이어를 형성하고, 상기 제2레지스트 레이어를 현상하여 상기 패턴 영역이 노출되는 제2레지스트 패턴을 형성하고, 상기 제2레지스트 패턴을 식각 마스크로 상기 차광 패턴을 제거하여 상기 하프 시프트 패턴을 노출시키고, 상기 제2레지스트 패턴을 제거하고, 상기 차광 패턴을 식각 마스크로 상기 하프 시프트 패턴을 부분 식각하여 블라인드 영역(B)의 제1시프 트 패턴보다 두께가 낮아지는 제2시프트 패턴을 형성하는 것을 포함할 수 있다.

상기 하프 시프트 패턴을 형성하는 것은, 상기 하프 시프트 패턴에 의하여 정의되는 하프 시프트 개구에서 식각 대상물인 상기 시프트 레이어가 하프 식각 되는 것을 의미하고, 상기 하프 식각되는 것은 상기 시프트 레이어가 완전히 식각되지 않는 것을 의미하며, 상기 완전히 식각되지 않는 것은 상기 투명 기판이 노출되지 않는 것을 의미할 수 있다.

상기 하프 시프트 패턴을 형성하는 것은, 상기 하프 시프트 패턴에 의하여 정의되는 상기 하프 시프트 개구에서 식각되지 않고 남은 부분이 제1시프트 패턴의 두께(T3)와 제2시프트 패턴의 두께(T4) 차이 t만큼이 될 수 있다.

상기 제2시프트 패턴을 형성하는 것은, 상기 제2시프트 패턴의 두께(T4)가 상기 하프 시프트 패턴의 두께(T3) 혹은 제1시프트 패턴의 두께(T3)보다 t만큼 더 낮아질 수 있다.

상기 제2시프트 패턴을 형성하는 것은, 상기 제2시프트 패턴에 의하여 정의되는 상기 제2시프트 패턴 개구에서, 식각되지 않고 남은 부분이 존재하지 않으며, 상기 투명 기판이 노출될 수 있다.

상기 제2시프트 패턴의 두께(T4)는 상기 하프 시프트 패턴의 두께(T3) 혹은 제1시프트 패턴의 두께(T3)의 1/2배가 될 수 있다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 본 발명의 포토마스크 제조방법은 투명 기판의 전면에 시프트 레이어를 증착하고, 상기 시프트 레이어 전면에 차광 레이어를 증착하며, 상기 차광 레이어 전면에 제1레지스트 레이어를 도포하며, 상기 제1레지 스트 레이어에 제1노광 및 현상 공정을 통하여, 블라인드 영역(B)과 패턴 영역(P)으로 구분되는 제1레지스트 패턴을 형성하고, 상기 제1레지스트 패턴을 식각 마스크로 하는 상기 차광 레이어의 식각 공정을 통하여 차광 패턴을 형성하며, 상기 제1레지스트 패턴을 제거하며, 상기 차광 패턴을 식각 마스크로 하는 상기 시프트 레이어의 하프 식각 공정을 통하여 하프 시프트 개구를 한정하는 하프 시프트 패턴을 형성하며, 상기 제2레지스트 레이어를 적층하고, 상기 제2레지스트 레이어에 제2노광 및 현상 공정을 통하여, 상기 패턴 영역(P)만을 전부 오픈하는 제2레지스트 패턴을 형성하며, 상기 제2레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 식각 공정을 수행함으로써, 패턴 영역(P)의 차광 패턴을 제거하며, 상기 제2레지스트 패턴을 제거하며, 상기 블라인드 영역(B)의 차광 패턴을 식각 마스크로 하여 부분 식각 공정을 수행함으로써, 블라인드 영역(B)의 제1시프트 패턴의 두께(T3)와 패턴 영역(P)의 제2시프트 패턴의 두께(T4)가 각각 다르게 형성되는 것을 포함할 수 있다.

상기 하프 시프트 패턴을 형성하는 공정에서 식각 종료 시점은, 하프 식각 공정에 의하여 리세스되는 하프 시프트 개구의 깊이(D)가 제2시프트 패턴의 두께(T4)와 일치하는 시점(D = T4) 혹은 리세스되고 남은 높이(H)가 하프 시프트 패턴의 두께(T3)와 제2시프트 패턴의 두께(T4)의 차이(t)와 일치하는 시점(H = T3 - T4 = t)이 될 수 있다.

상기 제2시프트 패턴을 형성하는 공정에서 식각 종료 시점은, 상기 하프 시프트 패턴의 두께(T3)가 두께(T4)로 감소하여 상기 하프 시프트 패턴이 제2시프트 패턴으로 되고, 상기 하프 시프트 개구의 두께(T3)가 완전히 제거되어 상기 하프 시프트 개구가 제2시프트 개구로 될 수 있다.

상기 시프트 패턴을 형성하는 공정에서 식각 종료 시점은, 식각 공정이 진행되면서 형성되는 하프 시프트 개구의 저면에서 상기 투명 기판이 노출되는 시점이 될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 본 발명의 포토마스크는 노광광에 대하여 투과성을 가지는 투명 기판, 상기 투명 기판 상에 형성되고, 중앙의 패턴 영역(P)과 주변의 블라인드 영역(B)으로 구분되며, 상기 블라인드 영역(B)의 두께가 상기 패턴 영역(P)의 두께보다 더 두꺼우며, 상기 패턴 영역(P)을 통해서 노광광을 위상반전시키는 시프트 패턴 및 상기 블라인 영역(B)의 시프트 패턴 상에 형성되고, 노광광에 대하여 차광성을 가지는 차광 패턴을 포함할 수 있다.

상기 패턴 영역(P)에서 상기 시프트 패턴은, 상기 노광광에 대하여 1% 내지 30%의 투과율을 가지고, 상기 시프트 패턴과 상기 시프트 패턴에 의하여 정의되는 시프트 개구 사이에서 위상반전 효과를 위하여 상기 노광광의 위상차는 180°를 유지하며, 상기 블라인드 영역(P)에서 상기 시프트 패턴은, 차광 효과를 위하여 광학 밀도(OD)가 2.5 이상 확보될 수 있다.

상기 블라인드 영역(B)의 시프트 패턴의 두께가 패턴 영역(P)의 시프트 패턴의 두께보다 1.5배 내지 2.5배 될 수 있다.

상기 시프트 패턴과 차광 패턴으로 사용되는 물질의 종류에 따라 블라인드 영역(B)의 광학 밀도(OD)를 확보하기 위한 상기 각 패턴의 두께는 달라지고, 상기 블라인드 영역(B)에서 상기 차광 패턴의 두께와 시프트 패턴의 두께는 합쳐서 적어 도 1090Å 이상 확보될 수 있다.

상기 블라인드 영역(B)에서 상기 차광 패턴의 두께는, 100Å 내지 160Å가 될 수 있다.

상기 시프트 패턴은 MoSiON 계열로 구성되고, 차광 패턴은 Cr 계열로 구성되며, 파장(λ)이 193㎚인 노광광의 조건에서 상기 블라인드 영역(B)에서 상기 MoSiON의 두께는 1320Å이고, 상기 패턴 영역(P)에서 상기 MoSiON의 두께는 660Å이 되며, 상기 Cr의 두께는 160Å이 될 수 있다.

상기 블라인드 영역(B)의 광학 밀도(OD)는, 파장(λ)이 193㎚이 되는 노광광의 조건에서 3.0가 확보될 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 본 발명의 블랭크 포토마스크는 Qz 계열의 기판, 930Å 내지 1320Å의 두께로 상기 Qz 기판 상에 적층되는 MoSiON 계열의 시프트 레이어, 100Å 내지 160Å의 두께로 상기 시프트 레이어 상에 적층되는 Cr 계열의 차광 레이어, 1000Å 내지 1200Å의 두께로 상기 차광 레이어 상에 적층되는 레지스트 레이어를 포함할 수 있다.

상기 시프트 레이어와 상기 차광 레이어를 합한 두께는, 광학 밀도(OD)를 3.0 이상 확보하도록 1090Å 이상이 될 수 있다.

상기 레지스트 레이어는, 패턴 형성시 상기 패턴의 종횡비가 1 : 2.5 이하가 될 수 있다.

위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 구성에 의하면 다음과 같은 효과를 기 대할 수 있다.

첫째, 블라인드 영역(B)에서 시프트 패턴의 두께는 종래와 비교하여 더 두꺼워짐으로써 광학 밀도(OD)를 3.0 이상 확보할 수 있고, 패턴 영역(P)에서 시프트 패턴의 두께는 그대로 유지됨으로써 위상차는 180°를 실현할 수 있는 작용효과를 기대할 수 있다.

둘째, 블라인드 영역(B)에서 시프트 패턴을 후막화(thick) 함으로써, 광학 밀도(OD)는 그대로 확보할 수 있고, 결과적으로 차광 패턴은 박막화(thin)되는 작용효과를 기대할 수 있다.

셋째, 차광 패턴을 박막화(thick) 함으로써, 마스크 기능을 수행하는 레지스트 두께 또한 박막화(thick)되고, 패턴의 해상도는 개선되는 작용효과를 기대할 수 있다.

이하, 본 발명의 기술적 사상에 의한 하프톤형 위상반전 블랭크 포토마스크와 하프톤형 위상반전 포토마스크 및 그의 제조방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 하프톤형 위상반전 포토마스크의 구성을 나타내는 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 SRAF 패턴이 더 구비되는 하프톤형 위상반전 포토마스크의 구성을 나타내는 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 블라인드 영역(B)에서 MoSiON 및 Cr의 두께와 광투과율의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 블라인드 영역(B) 에서 MoSiON 및 Cr의 두께와 광학 밀도(OD)의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 1을 참고하면, 상기 포토마스크(100)는 평면도에서 그 중앙에 배치되는 패턴 영역(Pattern Area: P)과, 그 주변에 배치되는 블라인드 영역(Blind Area: B)을 포함한다. 상기 패턴 영역(P)은, 웨이퍼(wafer)에 전사될 회로 패턴(가령, 콘택 패턴이나 배선 패턴)과 같은 메인 패턴(126a)을 포함한다. 상기 블라인드 영역(B)은, 상기 포토마스크(100)를 노광 장치에 정렬시키는 정렬 키(도시되지 않음) 등을 포함할 수 있다.

다시 도 1을 참고하면, 포토마스크(100)는, 종단면에서 노광광에 대하여 투과성을 가지는 투명 기판(110), 노광광에 대하여 차광성을 가지는 차광 패턴(142), 투명 기판(110)과 차광 패턴(142) 사이에 개재되어 일정한 비율로 노광광을 투과시키는 시프트 패턴들(124,126)를 포함한다. 시프트 패턴(124,126)들은, 블라인드 영역(B)의 제1시프트 패턴(124)과, 패턴 영역(P)의 제2시프트 패턴(126)을 포함한다.

한편, 블라인드 영역(B)은, 노광시 포토마스크(100) 주위에 노광광이 투과되지 않도록 투과율을 0%로 만듬으로써, 웨이퍼(wafer) 상에 정밀한 패턴을 형성하는 기능을 수행한다. 따라서, 블라인드 영역(B)의 광학 밀도(OD)는 노광시 웨이퍼(wafer) 상에 불필요한 빛이 투과되지 않도록 하기 위하여, 적어도 2.5 이상 일 수 있고, 안정적으로 3.0 이상일 수 있다.

또한, 반복적인 사용이나 주기적인 세정(cleaning)으로 인하여 블라인드 영역(B)의 박막 로스(loss)가 불가피하게 발생하기 때문에, 그 두께가 점차 얇아지 고, 광학 밀도(OD)의 확보가 곤란해질 수 있다. 예를 들면, 노광광의 파장(λ)이 193㎚일 경우 2.5 이상의 광학 밀도(OD)를 확보하기 위해서, 블라인드 영역(B)에서 차광 패턴(142)의 두께와 제1시프트 패턴(124)의 두께는 합쳐서 1090Å 이상이 되 있어야 한다.

한편, 블라인드 영역(B)에서의 차광 패턴(142)의 두께는 160Å를 넘지 않는 것이 유리할 수 있다.

도 2를 참고하면, 메인 패턴(126a)의 해상도를 높이기 위하여, 서브 레졸루션 어시스트 피쳐(sub resolution assist feature: SRAF)를 더 사용할 수 있다. 상기 SRAF 패턴(126b)은 한계 해상도 이하의 보조 패턴으로서, 광 근접 효과(Optical Proximity Effect: OPE)를 보정하는 기능을 수행한다.

반도체 소자의 집적도를 향상시키기 위하여, 디자인 룰(Design rule)이 작아짐에 따라 노광시 상기 메인 패턴(126a)의 형성이 중요해지고 있다. 그러나, 메인 패턴(126a)의 임계 치수(CD)의 폭보다 상기 SRAF 패턴(126b)의 임계 치수(CD)의 폭이 더 작기 때문에, 상기 SRAF 패턴(126b)의 형성이 더 중요하고, SRAF 패턴(126b)의 해상도를 높이는 것이 더 어렵다.

이와 같이, 광 근접 효과(OPE)에 의한 소밀 편차를 해소하기 위하여 SRAF 패턴(126b)의 형성이 필수적인데, 디자인 룰이 작아지면서, SRAF 패턴(126b)은 메인 패턴(126a)의 절반 정도로 그 임계 치수(CD)의 폭이 작아지기 때문에, 현재의 포토마스크 제작 기술로는 패턴 형성이 곤란해지는 한계가 있다. 따라서, 포토마스크 제작시 SRAF 패턴(126b)이 안정적으로 형성되도록 여러 가지 노광 조건을 설정하는 것이 매우 중요하다.

전술한 바와 같이, 블라인드 영역(B)에서 광학 밀도(OD)를 2.5 이상 확보하기 위해서는 전체 영역에서 두꺼운 차광 레이어를 사용하면 좋으나, 두꺼운 차광 레이어를 식각(Etching)하기 위해서는 이와 비례하여 충분히 두꺼운 레지스트 레이어를 사용해야 하는 문제가 있다.

그런데, 두꺼운 레지스트 패턴(도 6a의 152 참조)의 경우에는, 만약 SRAF 패턴(126b) 형성시 그 종횡비(Aspect ratio)가 1 : 2.5(bottom : height) 이상이 될 경우에 SRAF 패턴(126b)이 붕괴(collapse)되기 쉽다. 특히, 45㎚ 패턴 형성 공정에서 더욱 현저하다. 따라서, 제1레지스트 레이어(도 5의 150 참조)의 두께(T1)를 높이는데도 일정한 한계가 있다. 상기 제1레지스트 레이어(150)의 두께(T1)가 1500Å를 넘게 되면, 미세 패턴 형성이 곤란하다. SRAF 패턴(126b)의 종횡비가 1 : 2.5 이하로 하기 위해서 제1레지스트 레이어(150)의 두께(T1)는 1000Å 내지 1200Å 범위에서 결정될 수 있다.

이와 같이, 박막 레지스트의 요구를 충족하기 위해서는 차광 레이어(도 5의 140 참조)의 두께(T2)도 함께 감소될 수밖에 없다. 따라서, 차광 레이어(140)의 두께(T2)는 100Å 내지 160Å의 범위에서 결정될 수 있다.

그렇다면, 차광 패턴(142)의 두께(T2)는 감소되어야 하는데 반하여, 블라인드 영역(B)의 전체 두께(T2 + T3)는 증가되어야 하는 상충된 과제가 요구된다. 이 2개의 모순된 과제를 해결하기 위해서는 적어도 블라인드 영역(B)에서 차광 패턴(142)의 두께(T2)는 감소되고, 제1시프트 패턴(124)의 두께(T3)는 증가되어야 한 다. 제1시프트 패턴(124)의 두께(T3)는 적어도 930Å 이상이 되어야 한다.

물론, 제1 및 제2시프트 패턴들(124,126)은 상기 블라인드 영역(B)과 패턴 영역(P)에서 그 두께(T3, T4)가 서로 달라야 한다. 제2시프트 패턴(126)의 두께(T4)는 제1시프트 패턴(124)와 달리 720Å를 넘지 않는 것이 좋다. 즉, 노광광에 대하여 1% 내지 30%의 투과율을 가지는 제2시프트 패턴(126)과, 시프트 패턴(126)에 의하여 한정되는 제2시프트 개구(134) 사이에서 노광광이 90°내지 270°의 위상차를 유지하기 위해서는 제2시프트 패턴(126)의 두께(T4)는 660Å 정도에서 결정될 있다.

더욱이, 전술한 바와 같이 반도체 소자가 고집적화 되고, 디자인 룰이 미세화됨에 따라 메인 패턴(126a)과 SRAF 패턴(126b) 또한 이와 비례하여 미세화되고, 박막화 되고 있기 때문에, 이러한 박막화 요구에 따라 제2시프트 패턴(126)의 두께는 720Å -> 590Å -> 480Å으로 점차 얇아지고 있는 추세에 있다. 특히, 제2시프트 패턴(126)으로 MoSiON가 사용되고, 투명 기판으로 석영(Quartz)이 사용되는 조건에서 위상차가 180°가 구현되기 위해서는 제2시프트 패턴(126)은 660Å의 두께를 충족하여야 한다.

이하, 제1시프트 패턴(124)과 차광 패턴(142)으로 사용되는 물질의 종류에 따라 광학 밀도(OD)를 확보하기 위한 상기 각 패턴의 두께는 달라질 수 있기 때문에, 일 실시예에서는 시프트 패턴들(124,126)로 MoSiON를 사용하고, 차광 패턴(142)으로 Cr을 사용하는 조건에서, 광학 밀도(OD)와 각 패턴의 두께 사이의 관계가 고찰될 수 있다.

예컨대, 제1시프트 패턴(124)으로 MoSiON가 사용되고, 차광 패턴(142)으로 Cr이 사용될 때, 파장(λ)이 193㎚인 노광광의 조건에서 광투과율에 관한 다음의 수학식 등에 의하여 MoSiON의 두께(D) 및 Cr의 두께(d)에 따른 광학 밀도(OD)가 계산될 수 있다.

수학식 1: 광투과율(Transmittance) = exp(-2π/λ×2k×Thickness)

수학식 2: 광학 밀도(Optical Density) = log(-△Transmittance)

상기 MoSiON의 굴절률(n)이 2.343이고, 감쇄상수(k)가 0.586이며, Cr의 굴절률(n)이 1.477이고, 감쇄상수(k)가 1.762이기 때문에, 상기 수학식 1을 사용하여 광투과율을 계산하면, 도 3과 같은 그래프가 표현될 수 있다. 또한, 상기 수학식 2를 사용하여 광학 밀도(OD)를 계산하면, 도 4와 같은 그래프가 표현될 수 있다.

도 4를 참고하면, MoSiON와 Cr의 두께를 적절하게 변경함으로써, 블라인드 영역(B)에서의 광학 밀도(OD)의 조절이 가능하다. 가령, MoSiON의 두께가 1200Å에서 Cr의 두께를 100Å -> 160Å -> 180Å -> 200Å으로 증가시키면, 광학 밀도(OD)는 2.5에서 3.0으로 증가되는 것을 알 수 있다. 반대로, Cr의 두께가 160Å에서 MoSiON의 두께를 1200Å -> 1300Å으로 증가시키면, 광학 밀도(OD)는 2.7에서 3.0으로 증가되는 것을 알 수 있다. 특히, MoSiON의 두께는 통상 사용되는 660Å의 두 배인 1320Å를 사용하게 되면, Cr의 두께는 160Å의 조건에서도 광학 밀도(OD)는 3 이상이 확보될 수 있다.

이와 같이, 블라인드 영역(B)에서의 MoSiON의 두께(T3)는 1320Å이 되고, 패턴 영역(P)에서의 MoSiON의 두께(T4)는 660Å이 되면, 블라인드 영역(B)에서 MoSiON의 두께(T3)가 패턴 영역(P)에서의 MoSiON의 두께(T4)보다 2배 이상 두꺼워 지기 때문에, 블라인드 영역(B)에서는 광학 밀도(OD)를 3 이상 확보하면서도 패턴 영역(P)에서는 180°의 위상차를 구현할 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 이와 같은 상충된 요구를 모두 해결하기 위하여, 패턴 영역(P)에서는 미세 패턴 형성을 위하여 제2시프트 패턴(126)의 두께(T4)를 박막화하면서도, 블라인드 영역(B)에서는 제1시프트 패턴(124)의 두께(T3)를 높임으로써, 광학 밀도(OD)를 최적의 상태로 유지할 수 있게 된다.

이하, 본 발명에 의한 하프톤형 위상반전 블랭크 포토마스크와 하프톤형 위상반전 포토마스크의 제조방법에 대하여 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 5는 하프톤형 위상반전 블랭크 포토마스크의 구성을 나타내는 종단면도이고, 도 6a 내지 도 6h는 하프톤형 위상반전 포토마스크의 제조방법을 나타내는 종단면도들이다.

도 5를 참고하면, 블랭크 포토마스크(102)는, 투명 기판(110), 투명 기판(110) 상부에 적층된 시프트 레이어(120), 시프트 레이어(120) 상에 적층된 차광 레이어(140), 차광 레이어(140) 상에 적층된 제1레지스트 레이어(150)를 포함한다. 도면에는 도시되어 있지 않지만, 상기 차광 레이어(140) 상에 반사 방지 레이어(ARL)가 더 포함될 수 있다.

상기 투명 기판(110)은, 결정질이고, 노광광을 투과할 수 있는 투명한 Qz(석 영) 혹은 유리일 수 있다.

상기 시프트 레이어(120)는, 투명 기판(110) 상에서 일정한 노광광을 투과시키기 위하여, MoSiN(질화규화몰리브데늄), MoSiCN(질화탄화규화몰리브데늄), MoSiON(질화산화규화몰리브데늄), MoSiCON(질화산화탄화규화몰리브데늄) 등과 같은 물질로 구성될 수 있다. 상기 시프트 레이어(120)는, MoSiON이 사용되는 경우 광학 밀도(OD)의 확보를 위하여 930Å 내지 1320Å의 두께로 형성될 수 있다.

상기 차광 레이어(140)는, Cr(크롬), CrC(탄화크롬), CrN(질화크롬), CrCN(질화탄화크롬) 등이 사용될 수 있다. 상기 차광 레이어(140)는, Cr이 사용되는 경우 박막 레지스트 레이어(120)의 구현을 위하여 100Å 내지 160Å의 두께로 형성될 수 있다.

상기 제1레지스트 레이어(150)는, 포지티브 혹은 네거티브 타입의 감광막 등이 사용될 수 있다. 패턴의 해상도를 개선하고, 패턴의 미세화를 높이기 위하여 1000Å 내지 1200Å의 두께로 형성될 수 있다.

도 6a을 참고하면, 상기 제1레지스트 레이어(150)에 전자 빔(electron beam)을 이용하여 제1노광 및 현상 공정을 수행한다. 이로써, 패턴 영역(P)의 일부만 선택적으로 제거되는 제1레지스트 패턴(152)이 형성된다. 상기 제1레지스트 패턴(152)은, 제1레지스트 개구(156)를 한정하고, 콘택 형성을 위하여 다수의 홀 타입으로 형성되거나 혹은 배선 형성을 위하여 라인 앤 스페이스 타입으로 형성될 수 있다.

도 6b를 참고하면, 상기 제1레지스트 패턴(152)을 식각 마스크로 하여 상기 차광 레이어(140)가 건식 식각(dry etch) 된다. 이로써, 시프트 레이어(120)를 선택적으로 노출시키는 차광 패턴(142)이 형성된다.

도 6c를 참고하면, 제1레지스트 패턴(152)이 제거(strip)되고, 세정(cleaning) 된다.

도 6d를 참고하면, 차광 패턴(142)을 하드 마스크로 하여 상기 시프트 레이어(120)가 하프 식각(half etch) 된다. 이로써, 하프 시프트 개구(132)를 한정하는 하프 시프트 패턴(122)이 형성된다. 여기서, 하프 식각 정도는, 식각 대상물인 시프트 레이어(120)가 완전히 식각되지 않는 정도를 의미한다. 따라서, 하프 정도는 하프 시프트 개구(132)에서 식각되지 않고 남은 부분이 블라인드 영역(B)의 제1시프트 패턴(124)의 두께(T3)와 패턴 영역(P)의 시프트 패턴(126)의 두께(T4) 차이(t)가 되는 정도를 나타낼 수 있다.

상기 하프 시프트 패턴(122)은, 제1레지스트 패턴(152)과 마찬가지로, 소정의 콘택 패턴 혹은 배선 패턴의 형태로 형성될 수 있다. 이때, 하프 시프트 패턴(122)은 후속 공정에서 형성되는 제2시프트 패턴(126)의 두께(T4)보다 t만큼 더 두껍게 형성함으로써, 두께(T3)가 된다. 따라서 하프 시프트 개구(132)는 투명 기판(110)을 노출시키지 않으며, 투명 기판(110)으로부터 t만큼 더 두껍게 형성된다.

이는 식각 종료 시점을 적절하게 설정함으로써, 시프트 레이어(120)의 일부가 리세스되는 정도 즉, 하프 정도를 결정할 수 있다. 상기 리세스 종료 시점은, 식각 공정에 의하여 리세스되는 하프 시프트 개구(132)의 깊이(D)가 패턴 영역(P)에서 후속 공정에서 형성되는 제2시프트 패턴(126)의 두께(T3)와 일치하는 시점(D = T3)이 될 것이고, 리세스되고 남은 높이(H)가, 하프 시프트 패턴(122)의 두께(T3)와 후속 공정의 제2시프트 패턴(126)의 두께(T4)의 차이에 해당되는 t와 일치하는 시점(H = T3 - T4 = t)이 될 것이다. 식각 공정에서 식각 프로세스 타임을 선택하고, 검출하는 기술은 이미 잘 알려진 것이기 때문에 여기서 상세한 설명은 생략된다.

본 발명의 일 실시예에서, 하프 식각의 정도가 시프트 레이어(120)의 두께의 1/2로 정해지면, 하프 시프트 개구(132)의 깊이(D)와 리세스되고 남은 높이(H)가 같아지고, 제2시프트 패턴(126)의 두께(T4)는 하프 시프트 패턴(122)의 두께(T3)의 2배가 된다. 이렇게 되면, 블라인드 영역(B)에서의 제1시프트 패턴(124)의 두께(T3)는 패턴 영역(P)에서의 제2시프트 패턴(126)의 두께(T4)보다 2배가 되는 조건을 가질 수 있으며, 블라인드 영역(B)에서 광학 밀도(OD)가 3.0 이상 확보되고, 패턴 영역(P)에서 위상차가 180°구현될 수 있다. 그리고, 도면에서는 편의상, 하프 식각 정도가 1/2로 하여 도시되어 있다.

도 6e를 참고하면, 제2레지스트 레이어(도시되지 않음)를 적층하여, 상기 패턴 영역(P)을 오픈하는 포토 리소그라피 공정이 수행된다. 즉, 상기 제2레지스트 레이어에 제2노광 및 현상 공정을 통하여 제2레지스트 개구(166)를 정의하는 제2레지스트 패턴(162)이 형성된다.

도 6f를 참고하면, 상기 제2레지스트 패턴(162)을 식각 마스크로 하여 식각 공정을 수행함으로써, 패턴 영역(P)의 차광 패턴(142)이 제거된다.

도 6g를 참고하면, 상기 제2레지스트 패턴(162)이 제거된다. 블라인드 영 역(B)의 차광 패턴(142)은 그대로 잔존한다.

도 6h를 참고하면, 상기 블라인드 영역(B)의 차광 패턴(142)을 식각 마스크로 하여 식각 공정을 수행함으로써, 패턴 영역(P)에서 하프 시프트 패턴(122)의 전체적인 높이가 낮아진다. 이로써, 패턴 영역(P)에서 제2시프트 패턴(126)이 형성된다. 즉, 패턴 영역(P)이 전체적으로 두께 t만큼 제거됨으로써, 하프 시프트 패턴(122)의 두께(T4)는 제2시프트 패턴(126)의 두께(T3)로 줄어들고, 하프 시프트 개구(132)의 두께(T3)는 완전히 제거됨으로써, 제2시프트 개구(134)가 형성되고, 투명 기판(110)이 노출된다.

식각 종료 시점을 적절하게 설정하면, 하프 시프트 개구(132)가 완전히 리세스 되는 정도를 결정할 수 있다. 상기 식각 공정에서 식각 종료 시점은 식각 공정이 진행되면서 형성되는 하프 시프트 개구(132)의 저면에서 투명 기판(110)이 노출되는 시점이 될 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 하프톤형 위상반전 포토마스크의 구성을 나타내는 단면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 SRAF 패턴이 더 구비되는 하프톤형 위상반전 포토마스크의 구성을 나타내는 단면도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 블라인드 영역(B)에서 MoSiON 및 Cr의 두께와 광투과율의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 블라인드 영역(B)에서 MoSiON 및 Cr의 두께와 광학 밀도(OD)의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 5는 하프톤형 위상반전 블랭크 포토마스크의 구성을 나타내는 종단면도이다.

도 6a 내지 도 6h는 하프톤형 위상반전 포토마스크의 제조방법을 나타내는 종단면도들이다.

**도면의 주요구성에 대한 부호의 설명**

100: 포토마스크 102: 블랭크 포토마스크

110: 투명 기판 120: 시프트 레이어

122: 하프 시프트 패턴 124, 126: 제1 및 제2시프트 패턴

126a: 메인 패턴 126b: SRAF 패턴

132: 하프 시프트 개구 134: 제2시프트 개구

140: 차광 레이어 142: 차광 패턴

150: 제1레지스트 레이어 152: 제1레지스트 패턴

156: 제1레지스트 개구 162: 제2레지스트 패턴

166: 제2레지스트 개구

Claims

투명 기판 상에 시프트 레이어, 차광 레이어 및 제1레지스트 레이어가 적층된 블랭크 포토마스크를 준비하고,

상기 제1레지스트 레이어를 현상하여 상기 차광 레이어를 노출시키는 패턴 영역(P)과 상기 차광 레이어를 노출시키지 않는 블라인드 영역(B)을 정의하는 제1레지스트 패턴을 형성하고,

상기 제1레지스트 패턴을 식각 마스크로 상기 차광 레이어를 식각하여, 상기 시프트 레이어를 선택적으로 노출시키는 차광 패턴을 형성하며,

상기 제1레지스트 패턴을 제거하고,

상기 차광 패턴을 식각 마스크로 상기 노출된 시프트 레이어를 식각하되, 상기 투명 기판의 표면을 노출시키지 않는 하프 시프트 패턴을 형성하고,

상기 차광 패턴 및 상기 하프 시프트 패턴 상에 제2레지스트 레이어를 형성하고,

상기 제2레지스트 레이어를 현상하여 상기 패턴 영역이 노출되는 제2레지스트 패턴을 형성하고,

상기 제2레지스트 패턴을 식각 마스크로 상기 차광 패턴을 제거하여 상기 하프 시프트 패턴을 노출시키고,

상기 제2레지스트 패턴을 제거하고,

상기 차광 패턴을 식각 마스크로 상기 하프 시프트 패턴을 부분 식각하여 블라인드 영역(B)의 제1시프트 패턴보다 두께가 낮아지는 제2시프트 패턴을 형성하는 것을 포함하되,

상기 제2시프트 패턴을 형성하는 것은,

상기 제2시프트 패턴에 의하여 정의되는 개구에서, 식각되지 않고 남은 부분이 존재하지 않으며, 상기 투명 기판이 노출되는 하프톤형 위상반전 포토마스크 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 하프 시프트 패턴을 형성하는 것은,

상기 하프 시프트 패턴에 의하여 정의되는 하프 시프트 개구에서 식각 대상물인 상기 시프트 레이어가 하프 식각 되는 것을 의미하고,

상기 하프 식각되는 것은 상기 시프트 레이어가 완전히 식각되지 않는 것을 의미하며,

상기 완전히 식각되지 않는 것은 상기 투명 기판이 노출되지 않는 것을 의미하는 하프톤형 위상반전 포토마스크 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 하프 시프트 패턴을 형성하는 것은,

상기 하프 시프트 패턴에 의하여 정의되는 개구에서 식각되지 않고 남은 부분이 제1시프트 패턴의 두께(T3)와 제2시프트 패턴의 두께(T4) 차이 t만큼이 되는 하프톤형 위상반전 포토마스크 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제2시프트 패턴을 형성하는 것은,

상기 제2시프트 패턴의 두께(T4)가 상기 하프 시프트 패턴의 두께(T3) 혹은 제1시프트 패턴의 두께(T3)보다 t만큼 더 낮아지는 하프톤형 위상반전 포토마스크 제조방법.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 제2시프트 패턴의 두께(T4)는 상기 하프 시프트 패턴의 두께(T3) 혹은 제1시프트 패턴의 두께(T3)의 1/2배가 되는 하프톤형 위상반전 포토마스크 제조방법.
투명 기판의 전면에 시프트 레이어를 증착하고,

상기 시프트 레이어 전면에 차광 레이어를 증착하며,

상기 차광 레이어 전면에 제1레지스트 레이어를 도포하며,

상기 제1레지스트 레이어에 제1노광 및 현상 공정을 통하여, 블라인드 영역(B)과 패턴 영역(P)으로 구분되는 제1레지스트 패턴을 형성하고,

상기 제1레지스트 패턴을 식각 마스크로 하는 상기 차광 레이어의 식각 공정을 통하여 차광 패턴을 형성하며,

상기 제1레지스트 패턴을 제거하며,

상기 차광 패턴을 식각 마스크로 하는 상기 시프트 레이어의 하프 식각 공정을 통하여 하프 시프트 개구를 한정하는 하프 시프트 패턴을 형성하며,

제2레지스트 레이어를 적층하고,

상기 제2레지스트 레이어에 제2노광 및 현상 공정을 통하여, 상기 패턴 영역(P)만을 전부 오픈하는 제2레지스트 패턴을 형성하며,

상기 제2레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 식각 공정을 수행함으로써, 패턴 영역(P)의 차광 패턴을 제거하며,

상기 제2레지스트 패턴을 제거하며,

상기 블라인드 영역(B)의 차광 패턴을 식각 마스크로 하여 부분 식각 공정을 수행함으로써, 블라인드 영역(B)의 제1시프트 패턴의 두께(T3)와 패턴 영역(P)의 제2시프트 패턴의 두께(T4)가 각각 다르게 형성되는 것을 포함하되,

상기 제2시프트 패턴을 형성하는 공정에서 식각 종료 시점은,

상기 하프 시프트 패턴의 두께(T3)가 두께(T4)로 감소하여 상기 하프 시프트 패턴이 제2시프트 패턴으로 되고, 상기 하프 시프트 개구의 두께(T3)가 완전히 제거되어 상기 하프 시프트 개구가 제2시프트 개구로 되는 하프톤형 위상반전 포토마스크 제조방법.
제 7 항에 있어서,

상기 하프 시프트 패턴을 형성하는 공정에서 식각 종료 시점은,

하프 식각 공정에 의하여 리세스되는 하프 시프트 개구의 깊이(D)가 제2시프트 패턴의 두께(T4)와 일치하는 시점(D = T4) 혹은 리세스되고 남은 높이(H)가 하프 시프트 패턴의 두께(T3)와 제2시프트 패턴의 두께(T4)의 차이(t)와 일치하는 시 점(H = T3 - T4 = t)이 되는 하프톤형 위상반전 포토마스크 제조방법.
삭제
제 7 항에 있어서,

상기 제2 시프트 패턴을 형성하는 공정에서 식각 종료 시점은,

식각 공정이 진행되면서 형성되는 하프 시프트 개구의 저면에서 상기 투명 기판이 노출되는 시점이 되는 하프톤형 위상반전 포토마스크 제조방법.