KR20010058327A - 위상반전마스크 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 위상반전마스크(Phase Shift Mask)를 이용한 노광 공정에서 사입사되는 빛의 산란을 방지하기 위한 위상반전마스크 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 위상반전마스크는, 석영기판과, 상기 석영기판 상에 패턴의 형태로 형성된 위상반전층, 및 상기 위상반전층의 측면에 스페이서 형태로 형성되어, 상기 위상반전층의 측면으로 입사되는 빛을 흡수하는 비반사막을 포함하여 이루어지면, 본 발명의 위상반전마스크의 제조방법은, 석영기판 상에 위상반전 물질층과 크롬막을 차례로 형성하는 단계; 상기 크롬막을 패터닝하여 크롬 패턴들을 형성하는 단계; 패턴 형태의 위상반전층이 형성되도록, 상기 크롬 패턴들을 식각 마스크로하여 상기 위상반전 물질층을 식각하는 단계; 상기 크롬 패턴들을 제거하는 단계; 상기 위상반전층 및 석영기판 상에 비반사막을 증착하는 단계; 및 상기 비반사막이 상기 위상반전층의 측면에 스페이서 형태로 잔류되도록, 상기 비반사막을 식각하는 단계를 포함한다.

Description

위상반전마스크 및 그의 제조방법{PHASE SHIFT MASK AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}

본 발명은 포토리소그라피 공정에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 위상반전마스크(Phase Shift Mask)를 이용한 노광 공정에서 사입사되는 빛의 산란을 방지하기 위한 위상반전마스크 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

반도체 소자의 제조 공정에서, 콘택홀 또는 각종 패턴들은, 통상, 포토리소그라피(Photolithography) 공정을 통해 형성된다. 상기 포토리소그라피 공정은, 주지된 바와 같이, 레지스트의 도포와 상기 레지스트에 대한 노광 및 현상을 통해 레지스트 패턴을 형성하는 공정과, 상기 레지스트 패턴을 마스크로하는 식각 공정을 통해 소망하는 패턴을 형성하는 공정을 포함한다.

상기에서, 레지스트에 대한 노광은 통상 석영기판 상에 크롬패턴이 형성되어 제작된 크롬 마스크를 이용하여 수행되어 왔다. 그런데, 상기 크롬 마스크는 그 해상력이 낮은 단점이 있기 때문에, 고집적 반도체 소자의 제조에는 그 적용이 제한된다.

이에 따라, 최근에는 해상력이 우수한 위상반전마스크(Phase Shift Mask : 이하, PSM)의 사용이 이루어지고 있다.

상기 PSM은 크롬패턴 대신에 석영기판 상에 위상반전 물질층을 형성시켜, 상기 위상반전 물질층이 형성된 부분을 투과하는 빛과 그 이외의 부분을 투과하는 빛이 수 %의 투과율과 180°의 위상차를 갖도록 제작된 마스크이다. 이러한 PSM은 빛의 해상도가 크롬 마스크에 비해 우수하기 때문에 초미세 콘택홀의 형성에 매우 유리하게 이용할 수 있다.

또한, 디자인 룰의 감소에 따라 사입사 조명법을 이용하는 최근의 노광 공정에 상기 PSM을 사용함으로써, 라인 엔 스페이스(line & space) 패턴의 형성에도 매우 유리하게 이용할 수 있다.

그러나, 상기한 PSM을 이용하여 노광 공정을 수행할 경우, 수직으로 입사되는 빛의 경우에는 커다란 문제가 없지만, 사입사되는 빛의 경우에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 위상반전층(2)의 측면을 투과하는 빛이 경사지게 투과됨으로써, 상기 경사지게 투과된 빛에 의해 산란(scattering) 현상이 발생하게 된다. 이것은 빛의 투과율 및 위상차가 위상반전층의 측면에서 변하게 됨을 의미하며, 한 예로서, 산란된 빛에 의해 에어리얼 이미지(aerial image) 중, 커팅 레벨 근처에서 임의의 에어리얼 이미지가 생성되기 때문에, 실제 웨이퍼 상에서 패터닝되는 레지스트에 커다란 결함을 야기시키게 된다.

또한, 디자인 룰이 점점 작아지고 있고, 렌즈 구경(NA)이 커짐에 따라 사입사되는 빛의 각도가 커지게 되는 추세에서, 상기한 위상반전층의 측벽에서 일어나는 빛의 산란 문제는 더욱 심화될 것으로 예상된다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 위상반전층의 측면에서, 사입사되는 빛에 의해 산란이 일어나는 것을 방지할 수 있는 PSM및 그의 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 위상반전마스크 및 이를 이용한 사입사 조명을 설명하기 위한 도면.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 위상반전마스크 및 이를 이용한 사입사 조명을 설명하기 위한 도면.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 제1실시예에 따른 위상반전마스크의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제2실시예에 따른 위상반전마스크의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 제3실시예에 따른 위상반전마스크의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.

도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 제4실시예에 따른 위상반전마스크의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

11,21,31,41,51 : 석영기판 22,42 : 위상반전 물질층

12,22a,32,42a,54 : 위상반전층 23,43,52 : 크롬막

23a,43a,52a : 크롬 패턴 13,24,34,44,53 : 비반사막

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 PSM은, 석영기판과, 상기 석영기판 상에 패턴의 형태로 형성된 위상반전층, 및 상기 위상반전층의 측면에 스페이서 형태로 형성되어, 상기 위상반전층의 측면으로 입사되는 빛을 흡수하는 비반사막을 포함하여 이루어진다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 PSM의 제조방법은, 석영기판 상에 위상반전 물질층과 크롬막을 차례로 형성하는 단계; 상기 크롬막을 패터닝하여 크롬 패턴들을 형성하는 단계; 패턴 형태의 위상반전층이 형성되도록, 상기 크롬 패턴들을 식각 마스크로하여 상기 위상반전 물질층을 식각하는 단계; 상기 크롬 패턴들을 제거하는 단계; 상기 위상반전층 및 석영기판 상에 비반사막을 증착하는 단계; 및 상기 비반사막이 상기 위상반전층의 측면에 스페이서 형태로 잔류되도록, 상기 비반사막을 식각하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명의 PSM의 제조방법은, 석영기판 상에 패턴의 형태로 위상반전층을 형성하는 단계; 상기 위상반전층들 사이에 산화막 패턴을 형성하는 단계; 상기 위상반전층과 산화막 패턴 사이 영역이 매립되도록, 상기 결과물 상에 비반사막을 증착하는 단계; 상기 위상반전층 및 산화막 패턴이 노출되도록, 상기 비반사막을 연마하는 단계; 및 노출된 산화막 패턴을 제거하는 단계를 포함한다.

게다가, 본 발명의 PSM의 제조방법은, 석영기판 상에 위상반전 물질층과 크롬막을 차례로 형성하는 단계; 상기 크롬막을 패터닝하여 크롬 패턴들을 형성하는단계; 패턴 형태의 위상반전이 형성되도록, 상기 크롬 패턴들을 마스크로하여, 상기 위상반전 물질층 및 석영기판의 일부 두께를 식각하는 단계; 상기 크롬 패턴들을 제거하는 단계; 상기 결과물 상에 비반사막을 증착하는 단계; 및 상기 비반사막이 상기 위상반전층 및 식각된 석영기판 부분의 측면에 스페이서 형태로 잔류되도록, 상기 비반사막을 식각하는 단계를 포함한다.

아울러, 본 발명의 PSM의 제조방법은, 석영기판 상에 크롬 패턴들을 형성하는 단계; 상기 크롬 패턴들을 마스크로하여, 노출된 석영기판 부분들을 소정 두께만큼 식각하는 단계; 상기 크롬 패턴 및 석영기판 상에 비반사막을 증착하는 단계; 상기 비반사막이 상기 크롬 패턴 및 식각된 석영기판 부분의 측면에 스페이서 형태로 잔류되도록, 상기 비반사막을 식각하는 단계; 상기 결과물 상에 식각된 석영기판 부분이 매립될 정도의 두께로 위상반전 물질층을 증착하는 단계; 및 상기 석영기판이 노출되도록, 상기 위상반전 물질층과 크롬 패턴 및 비반사막을 연마하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, 위상반전층의 측벽에 스페이서 형태로 비반사막을 형성시킴으로써, 사입사되는 빛에 의한 산란을 억제시킬 수 있으며, 이에 따라, 투과율의 저하를 방지할 수 있는 것에 기인하여 PSM의 해상도를 확보할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 PSM을 도시한 부분 단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 PSM(20)은 석영기판(11) 상에 패턴의 형태로 형성된 위상반전층(12)의 측면에 스페이서 형태로 비반사막(13)이 형성된다. 상기 비반사막(13)은 무기물 또는 유기물로 형성된다.

이와 같은 본 발명의 PSM(20)를 이용한 사입사 조명의 경우, 도시된 바와 같이, 위상반전층(12)의 측면으로 투사되는 빛은 비반사막(13)에 전부 흡수되며, 이에 따라, 상기 위상반전층(12)의 측면으로 투사되는 빛은 제거된다. 따라서, 상기 위상반전층(12)의 측면으로 투사되는 빛에 의한 산란이 일어나지 않기 때문에, 투과율이나 위상차의 변화는 초래되지 않는다.

상기한 본 발명의 실시예에 따른 PSM의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 제1실시예에 따른 PSM의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도로서, 먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 석영기판(21) 상에 투과율 및 위상차를 줄 수 있는 위상반전 물질층(22)과, 식각 마스크로 이용하기 위한 크롬막(23)을 차례로 형성한다.

그 다음, 도 3b에 도시된 바와 같이, 공지된 포토리소그라피 공정으로 상기 크롬막을 패터닝하여 상기 위상반전 물질층(23)의 소정 부분들을 노출시키는 크롬 패턴들(23a)을 형성하고, 그런다음, 상기 크롬 패턴(23a)을 마스크로하는 식각 공정으로 상기 노출된 위상반전 물질층 부분들을 식각하여 패턴의 형태를 갖는 위상반전층(22a)을 형성한다.

다음으로, 식각 마스크로 이용된 크롬 패턴을 제거한 상태에서, 도 3c에 도시된 바와 같이, 위상반전층(22a)을 포함한 석영기판(21)의 전면 상에 유기물 또는 무기물로 이루어진 비반사막(23)을 증착한 후, 상기 비반사막(23)을 마스크의 사용없이 전면 식각하여, 상기 위상반전층(22a)의 양측면에 스페이서 형태로 상기 비반사막(24)을 잔류시킨다.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제2실시예에 따른 PSM의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도로서, 먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이, 상기 제1실시예와 동일한 공정을 통해 석영기판(31) 상에 패턴의 형태로 위상반전층(32)을 형성하고, 그런다음, 상기 위상반전층들(32) 사이 영역이 완전히 매립될 정도의 충분한 두께로, 상기 결과물 상에 산화막(33)을 증착한다.

다음으로, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 산화막을 식각하여 상기 위상반전층들(32) 사이에 산화막 패턴(33a)을 형성하고, 이어서, 상기 산화막 패턴(33a)과 위상반전층(32)의 사이 영역이 완전히 매립되도록, 상기 결과물의 상부에 유기물, 또는, 무기물로 이루어진 비반사막(34)을 증착한다.

그 다음, 도 4c에 도시된 바와 같이, 위상반전층(32) 및 산화막 패턴(33a)이 노출되도록, 화학적기계연마 공정으로 상기 비반사막을 연마하고, 그리고나서, 노출된 산화막 패턴을 제거하여, 상기 위상반전층의 양측면에 스페이서로 형태로 비반사막(34)을 잔류시킨다

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 제3실시예에 따른 PSM의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도로서, 먼저, 도 5a에 도시된 바와 같이, 석영기판(41) 상에 투과율 및 위상차를 줄 수 있는 위상반전 물질층(42)과 식각 마스크로 이용하기 위한 크롬막(43)을 차례로 형성한다. 그런다음, 도 3b에 도시된 바와 같이, 공지된 포토리소그라피 공정으로 상기 크롬막을 패터닝하여 상기 위상반전 물질층(42)의 소정부분들을 노출시키는 크롬 패턴들(43a)을 형성하고, 이어서, 패턴의 형태의 갖는 위상반전층(42a)이 형성되도록, 상기 크롬 패턴(23a)을 마스크로하여 노출된 위상반전 물질층 부분들을 식각함과 동시에, 석영기판(41)의 표면 일부 두께를 식각한다.

다음으로, 식각 마스크로 사용된 크롬 패턴을 제거한 상태에서, 도 5c에 도시된 바와 같이, 상기 결과물 상에 유기물 또는 무기물로 이루어진 비빈사막(44)을 증착하고, 그런다음, 마스크의 사용없이 상기 비반사막을 식각하여, 상기 위상반전층(42a)의 측면 및 식각된 석영기판 부분의 측면에 스페이서의 형태로 상기 비반사막(44)을 잔류시킨다.

도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 제4실시예에 따른 PSM의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단면도로서, 먼저, 도 6a에 도시된 바와 같이, 석영기판(51) 상에 식각 마스크로 사용하기 위한 크롬막(52)을 형성한다. 그런다음, 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 크롬막을 패터닝하여 상기 석영기판(51)의 소정 부분들을 노출시키는 크롬 패턴(52a)을 형성하고, 이어서, 상기 크롬 패턴(52a)을 마스크로하여 노출된 석영기판 부분들의 일부 두께를 식각하고, 그리고나서, 상기 결과물의 상부에 유기물 또는 무기물로 이루어진 비반사막(53)을 증착한다.

다음으로, 도 6c에 도시된 바와 같이, 마스크의 사용없이 상기 비반사막을 식각하여 크롬 패턴(52a) 및 식각된 석영기판 부분의 측벽에 스페이서 형태로 비반사막(53)을 잔류시키고, 이어서, 식각된 석영기판 부분이 완전히 매립될 정도의 충분한 두께로 상기 결과물 상에 위상반전 물질층을 증착한 후, 상기 석영기판(51)이노출되도록, 상기 위상반전 물질층과 크롬 패턴 및 비반사막을 연마하여, 스페이서 형태의 비반사막(53)을 갖는 위상반전층(54)을 형성한다. 이 실시예에 있어서, 위상반전층 및 스페이서 형태의 비반사막은 석영기판 내에 매립된 형태로 구비된다.

이상에서와 같이, 본 발명은 위상반전층의 측면에 스페이서의 형태로 비반사막을 형성시킴으로써, 상기 위상반전층의 측면으로 빛이 투사되는 것을 방지할 수 있으며, 이에 따라, 상기 위상반전층의 측면으로 투사되는 빛의 산란에 기인된 투과율 및 위상차의 변화를 방지할 수 있고, 결과적으로는, PSM의 신뢰성을 확보할 수 있다.

한편, 여기에서는 본 발명의 특정 실시예에 대하여 설명하고 도시하였지만, 당업자에 의하여 이에 대한 수정과 변형을 할 수 있다. 따라서, 이하, 특허청구의 범위는 본 발명의 진정한 사상과 범위에 속하는 한 모든 수정과 변형을 포함하는 것으로 이해할 수 있다.

Claims (10)

1. 석영기판과,

   상기 석영기판 상에 패턴의 형태로 형성된 위상반전층, 및

   상기 위상반전층의 측면에 스페이서 형태로 형성되어, 상기 위상반전층의 측면으로 입사되는 빛을 흡수하는 비반사막을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 위상반전마스크.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 비반사막은 유기물 또는 무기물로 이루어진 것을 특징으로 하는 위상반전마스크.
3. 석영기판 상에 위상반전 물질층과 크롬막을 차례로 형성하는 단계;

   상기 크롬막을 패터닝하여 크롬 패턴들을 형성하는 단계;

   패턴 형태의 위상반전층이 형성되도록, 상기 크롬 패턴들을 식각 마스크로하여 상기 위상반전 물질층을 식각하는 단계;

   상기 크롬 패턴들을 제거하는 단계;

   상기 위상반전층 및 석영기판 상에 비반사막을 증착하는 단계; 및

   상기 비반사막이 상기 위상반전층의 측면에 스페이서 형태로 잔류되도록, 상기 비반사막을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상반전마스크의 제조방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 비반사막은 유기물 또는 무기물로 형성하는 것을 특징으로 하는 위상반전마스크의 제조방법.
5. 석영기판 상에 패턴의 형태로 위상반전층을 형성하는 단계;

   상기 위상반전층들 사이에 산화막 패턴을 형성하는 단계;

   상기 위상반전층과 산화막 패턴 사이 영역이 매립되도록, 상기 결과물 상에 비반사막을 증착하는 단계;

   상기 위상반전층 및 산화막 패턴이 노출되도록, 상기 비반사막을 연마하는 단계; 및

   노출된 산화막 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상반전마스크의 제조방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 비반사막은 유기물 또는 무기물로 형성하는 것을 특징으로 하는 위상반전마스크의 제조방법.
7. 석영기판 상에 위상반전 물질층과 크롬막을 차례로 형성하는 단계;

   상기 크롬막을 패터닝하여 크롬 패턴들을 형성하는 단계;

   패턴 형태의 위상반전이 형성되도록, 상기 크롬 패턴들을 마스크로하여, 상기 위상반전 물질층 및 석영기판의 일부 두께를 식각하는 단계;

   상기 크롬 패턴들을 제거하는 단계;

   상기 결과물 상에 비반사막을 증착하는 단계; 및

   상기 비반사막이 상기 위상반전층 및 식각된 석영기판 부분의 측면에 스페이서 형태로 잔류되도록, 상기 비반사막을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상반전마스크의 제조방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 비반사막은 유기물 또는 무기물로 형성하는 것을 특징으로 하는 위상반전마스크의 제조방법.
9. 석영기판 상에 크롬 패턴들을 형성하는 단계;

   상기 크롬 패턴들을 마스크로하여, 노출된 석영기판 부분들을 소정 두께만큼 식각하는 단계;

   상기 크롬 패턴 및 석영기판 상에 비반사막을 증착하는 단계;

   상기 비반사막이 상기 크롬 패턴 및 식각된 석영기판 부분의 측면에 스페이서 형태로 잔류되도록, 상기 비반사막을 식각하는 단계;

   상기 결과물 상에 식각된 석영기판 부분이 매립될 정도의 두께로 위상반전 물질층을 증착하는 단계; 및

   상기 석영기판이 노출되도록, 상기 위상반전 물질층과 크롬 패턴 및 비반사막을 연마하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 위상반전마스크의 제조방법.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 비반사막은 유기물 또는 무기물로 형성하는 것을 특징으로 하는 위상반전마스크의 제조방법.