KR20010082981A

KR20010082981A - ＣｒＡＩＯ(Ｎ)Ｆ를 위상 쉬프터 물질로서 사용한 위상쉬프트 마스크 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20010082981A
Application number: KR1020000008574A
Authority: KR
Inventors: 박조현; 김은아; 노광수
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 2000-02-22
Filing date: 2000-02-22
Publication date: 2001-08-31

Abstract

본 발명은 위상 쉬프트 마스크에 관한 것으로, 본 발명의 위상 쉬프트 마스크는 투명 기판 상에 위상 쉬프터 물질로서 Cr, Al, O 및 F를 포함하는 물질 또는 여기에 N을 더 포함하는 물질을 사용한 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 위상 쉬프트 마스크의 위상 쉬프트층인 CrAlOF막 또는 CrAlONF막은 불화막의 광학적 장점 즉, 흡수단의 파장을 단파장 쪽으로 이동시키는 성질과, 산화막의 장점 즉 화학적, 기계적 안정성을 모두 구비함으로써, 노광광에 대하여 5∼50%의 투과율을 가지고 소정 두께에서 노광광의 위상을 180°로 반전시키며, 상기 노광광보다 파장이 긴 검사광에 대하여 50% 이하의 투과율을 얻을 수 있다.

Description

ＣｒＡＩＯ(Ｎ)Ｆ를 위상 쉬프터 물질로서 사용한 위상 쉬프트 마스크 및 그 제조방법{Phase shift mask using CrAlO(N)F as a phase shift material and manufacturing method thereof}

본 발명은 위상 쉬프트 마스크(phase shift mask) 및 그 제조방법에 관한 것이다.

반도체 소자의 제조과정은 기판(웨이퍼) 상에 다양한 물질층을 형성하고 이를 소정의 형상으로 패터닝(식각)하는 과정을 반복하여 이루어진다. 이때 소정의 물질층을 원하는 패턴으로 식각하기 위해서는 통상 포토리소그래피라 불리는 사진식각 공정을 거치게 된다. 즉, 상기 소정의 물질층 상에 포토레지스트막을 도포하고, 그 위에, 도 1에 도시된 바와 같이 투명기판(10) 상에 빛을 차단하는 영역을 정의하는 차광막 패턴(12)이 형성된 포토마스크(photomask, 엄밀히 말해 포토마스크는 마스크에 형성된 패턴과 실제 노광에 의해 형성되는 포토레지스트막 패턴의 크기가 동일한 마스크를 말하고, 축소투영 노광방식에서 실제 형성되는 패턴보다 수 배만큼 확대된 패턴이 형성되어 있는 마스크를 특히 레티클(reticle)이라고 한다. 이하에서는 구분없이 마스크라 한다)를 위치시키고, 마스크에 소정 파장의 빛을 조사하면(14) 마스크의 패턴대로 포토레지스트막에 빛이 조사된 부분과 조사되지 않은 부분이 형성된다. 이어서, 포토레지스트막을 현상하여 빛이 조사된 부분 또는 반대로 조사되지 않는 부분을 제거하면 마스크의 패턴을 따라 포토레지스트막 패턴이 형성된다. 이렇게 얻어진 포토레지스트막 패턴을 식각마스크로 하여 실제로상기 물질층을 식각함으로써 원하는 패턴의 물질층을 얻는다.

그런데, 반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라, 물질층 패턴의 선폭이 갈수록 좁아지고 있어 도 1의 윗부분에 도시한 바와 같은 통상의 마스크로는 원하는 선폭의 패턴을 얻기가 어렵게 되었다. 즉, 마스크에 새겨진 패턴의 선폭을 줄이면 조사되는 빛의 회절에 의해 포토레지스트막의 표면에 도달하는 빛은 도 1의 그래프와 같이 차광영역(18)과 투광영역(16)의 경계에서 뚜렷한 강도 차이를 보이지 않게 된다.

이를 해결하기 위하여 회절이 덜 일어나는 단파장 예컨대, 248nm나 193nm의 파장을 가지는 빛을 노광원으로 이용하기도 하지만, 선폭이 더욱 가늘어짐에 따라 노광원의 단파장화 만으로는 이러한 문제가 해결되지 않는다. 따라서, 빛의 간섭현상을 이용하여 투광영역(16)과 차광영역(18)의 경계에서 상쇄간섭이 일어나게 하는 위상 쉬프트 마스크가 출현하였다.

도 2의 윗부분에 도시된 위상 쉬프트 마스크는 감쇠형(attenuated, 또는 하프 톤(half-tone)이라고도 한다) 위상 쉬프트 마스크로서, 투명 기판(20)과 위상 쉬프터 물질로 이루어진 위상 쉬프터 패턴(22)을 구비한다. 위상 쉬프터 물질로는 일반적으로 CrO, CrF, MoSiON, SiN, SOG(spin on glass) 등이 이용된다. 한편, 도시하지는 않았지만, 위상 쉬프트 마스크에는 차광막 패턴의 위 또는 아래에 SOG로 쉬프터 패턴을 형성한 마스크와, 별도의 위상 쉬프터 물질을 사용하지 않고 투명 기판 자체를 소정 깊이로 식각하여 빛의 투과길이를 달리함으로써 위상을 쉬프트하는 기판 식각형 마스크도 있다(특히 이들중 위상 쉬프트 영역과 단순 투광영역이번갈아 형성되는 경우 레벤슨(Levenson)형 위상 쉬프트 마스크라 한다).

도 2를 참조하여 일반적인 위상 쉬프트 마스크의 원리를 설명하면 다음과 같다. 투광영역(26)을 통과한 빛은 도 2의 중앙부분 그래프에 점선(30)으로 도시된 바와 같은 위상 및 진폭을 가진다. 또 위상 쉬프트 영역(28)을 통과한 빛은 위상이 180°반전되어 점선(32)과 같은 위상 및 진폭을 가진다. 따라서, 포토레지스트막 표면에서의 빛의 최종적인 위상 및 진폭은 실선(34)과 같이 된다. 그리고 이에 따른 포토레지스트막 표면에서의 빛의 강도는 도 2의 아래부분 그래프와 같이 된다. 결국, 도 1 및 도 2의 아래부분 그래프를 비교하면, 투광영역(16, 26)과 차광영역(18) 또는 위상 쉬프트 영역(28)의 경계에서 도 2의 위상 쉬프트 마스크의 경우가 더욱 확실한 강도 차이를 보임을 알 수 있다.

그런데, 도 2의 강도 그래프에서, 위상 쉬프트 영역(28)에 사이드 로브(side-lobe, 36)라 불리우는 2차 피크가 형성된 것을 알 수 있다. 사이드 로브(36)는 위상 쉬프터 패턴(22)이 빛을 완전히 차단하지 않는 한 필연적으로 발생하는 것으로서, 이 사이드 로브의 크기가 소정의 기준치보다 크면 포토레지스트막을 감광시켜 실제 물질층에서 원하지 않는 패턴을 유발한다. 따라서, 사이드 로브(36)를 막기 위해 위상 쉬프터 패턴(22)의 중앙부 상에 차광막을 형성하기도 하는데, 위상 쉬프터 패턴(22)의 폭이 작은 경우에는 이 방법을 사용할 수 없다. 또한, 사이드 로브(36)를 감소하기 위해 투과율이 낮은(통상 5∼10%인) 위상 쉬프터 물질을 사용하는 방법이 있다. 그러나, 이는 그만큼 위상 쉬프트 마스크의 효율을 떨어뜨린다. 즉, 도 2의 위상 그래프에서 알 수 있듯이, 위상 쉬프터 물질의 투과율이 높을수록 위상 쉬프트 영역(28)을 통과한 빛의 진폭(32)이 커지고 투광영역(26)과 위상 쉬프트 영역(28)의 경계에서 상쇄간섭의 효과는 더 커지고, 그만큼 투광영역(26)과 위상 쉬프트 영역(28)의 경계가 확실해진다.

한편, 이러한 사이드 로브의 문제는 포토레지스트막의 성능과 관계가 깊다. 즉, 포토레지스트막은 어느 정도 이상의 강도(에너지)로 노광되었을 때 그 부분이 현상액에 의해 용해·제거되어 포토레지스트막 패턴이 만들어지는데, 만약 포토레지스트막 자체의 성능이 좋아 사이드 로브의 강도가 어느 정도까지 되더라도 포토레지스트막이 현상액에 의해 용해되지 않는다면(포토레지스트막의 콘트래스트가 높다면), 위상 쉬프트 마스크의 효율을 높이기 위해 투과율이 높은(예컨대, 40% 정도의) 위상 쉬프터 물질을 사용할 수 있다. 최근에는 이러한 요구에 부응하여 높은 콘트래스트를 가지는 포토레지스트가 개발되었고, 그에 따라 높은 투과율의 위상 쉬프터 물질을 사용한 위상 쉬프트 마스크가 요구되고 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 상대적으로 짧은 노광광에 대하여 상대적으로 높은 투과율을 가지는 위상 쉬프터 물질을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 높은 투과율을 가지면서도 노광광의 파장보다 긴 파장을 가지는 검사광에 대하여 검사가 가능한 정도의 투과율을 가지는 위상 쉬프터 물질을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 상기의 위상 쉬프터 물질을 사용한 위상 쉬프트 마스크를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 상기의 위상 쉬프트 마스크를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 통상의 포토마스크의 개략적인 단면도와 이 포토마스크를 사용하여 노광하였을 때 포토레지스트막 표면에서의 빛의 위상 및 강도를 나타낸 그래프이다.

도 2는 일반적인 감쇠형 위상 쉬프트 마스크의 개략적인 단면도와 이 위상 쉬프트 마스크를 사용하여 노광하였을 때 포토레지스트막 표면에서의 빛의 위상 및 강도를 나타낸 그래프이다.

도 3 내지 도 5는 파장이 각각 193nm, 248nm 및 365nm인 빛에 대하여 CrAlO막의 투과율을 Al/Cr비에 따라 나타낸 그래프이다.

도 6은 다양한 산화막과 질화막의 흡수단의 파장을 나타낸 그래프이다.

도 7은 본 발명에 따라 불소를 첨가한 막의 투과율이 변화되는 원리를 도시한 그래프이다.

도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 위상 쉬프트 마스크를 제조하는 과정을 도시한 단면도들이다.

도 10은 본 발명에 따른 위상 쉬프트 마스크를 제조하는데 사용되는 스퍼터링 장비를 개략적으로 도시한 장치 구성도이다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 Cr, Al, O 및 F를 포함하는 물질을 위상 쉬프터 물질로서 제공한다. 또한, 상기 위상 쉬프터 물질은 N을 더 포함할 수도 있다.

따라서, 상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 위상 쉬프트 마스크는, 투명 기판 및 소정 파장의 노광광에 대하여 반투명한 위상 쉬프터 물질로서, Cr, Al, O 및 F를 포함하는 물질, 또는 여기에 N을 더 포함하는 물질로 이루어진 위상 쉬프트층을 구비한다.

또한, 상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 위상 쉬프트 마스크의 제조방법은, 투명 기판을 준비하는 단계, 투명 기판 상에 소정 파장의 노광광에 대하여 반투명한 위상 쉬프터 물질로서, 상기의 Cr, Al, O 및 F를 포함하는 물질, 또는 여기에 N을 더 포함하는 물질로 이루어진 위상 쉬프트층을 형성하는 단계, 및 위상 쉬프트층 상에 노광광에 대하여 불투명한 차광막을 형성하는 단계를 구비한다.

여기서, 위상 쉬프트층인 CrAlOF막은 Cr과 Al의 합금타겟 또는 Cr 및 Al이 별도의 타겟으로 형성된 멀티타겟을 이용하여 스퍼터링(sputtering)법으로 증착함으로써 형성할 수 있고, 이때 스퍼터링 챔버 내부에는 O와 F의 공급원으로서 O₂와NF₃가스를 소정 유량으로 공급한다.

또한, 위상 쉬프트층이 CrAlONF로 이루어진 경우는 위의 CrAlOF막과 유사하게 형성되나, N의 공급원으로서 N₂가스를 소정 유량으로 더 공급함으로써 형성된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 위상 쉬프터 물질, 이를 사용하는 위상 쉬프트 마스크 및 그 제조방법에 대하여 설명한다.

먼저, 위상 쉬프터 물질의 투과율이 결정되는 메카니즘을 설명하면 다음과 같다.

위상 쉬프터 물질의 투과율은 물질의 조성이나 노광광의 파장과 밀접한 관련이 있다. 즉, 위상 쉬프터 물질의 에너지 밴드 갭(Eg) 다시 말해, 위상 쉬프터 물질의 원자를 이루는 전자가 다른 궤도로 여기될 때 필요한 에너지에 비해 노광광의 에너지가 매우 작거나 클 경우에는 노광광의 에너지는 위상 쉬프터 물질의 전자를 여기시키지 못하므로 대부분의 노광광이 위상 쉬프터 물질을 그대로 투과하지만, 노광광의 에너지가 위상 쉬프터 물질의 에너지 밴드 갭과 비슷하거나 조금 클 경우에는 노광광의 에너지는 위상 쉬프터 물질의 전자를 여기시키는 데에 사용되므로 노광광이 위상 쉬프터 물질에 흡수되는 결과가 된다. 특히, 우리가 관심을 가지고 있는 파장 범위 즉, 193nm, 248nm, 365nm 등의 짧은 파장 범위에서는 파장이 짧아질수록 노광광의 에너지가 커지고 위상 쉬프터 물질의 에너지 밴드 갭에 근접하게 된다. 따라서, 이 범위에서 노광광의 파장이 짧을수록 노광광의 위상 쉬프터 물질에 대한 투과율은 낮아지게 된다. 결국 종래의 쉬프터 물질은 248nm 또는 365nm의 파장을 가지는 노광광에 대하여 1∼30%의 투과율을 가지는 물질로서, 이보다 더 단파장(예컨대, 193nm 파장)의 빛에 대해서는 거의 불투명하게 되어 단순한 차광막과 같이 되어 버린다. 이에 본 출원인은 단파장의 빛에 대해서도 적절한 투과율을 가지는 위상 쉬프터 물질을 개발하여 1996년 10월 16일 특허출원하여(출원번호 1996-46357호) 등록받은 바 있다. 이 특허에는 상기와 같은 조건을 만족하는 위상 쉬프터 물질로서 크롬 산화물(Cr₂O₃)과 알루미나(Al₂O₃)를 이용하여 얻은 CrAlO의 조성을 가지는 물질이 제시되어 있다.

그런데, CrAlO막을 포함하여 고투과율의 위상 쉬프터 물질은 다음과 같은 문제점이 있다. 일반적으로 원하는 패턴으로 마스크를 제조한 후에는 그 결함이 있는지를 검사하게 되는데, 이 검사는 통상 마스크의 일면에 일정한 파장을 가지는 빛을 조사하고 마스크의 반대면에 위치한 광검출기에서 검출된 광의 강도를 측정하여 원하는 패턴대로 마스크가 제조되었는지 보는 것이다. 그런데, 이 검사장비에서 사용하는 검사광의 파장은 일반적으로 실제 마스크를 이용한 사진 공정에서 사용하는 노광광의 파장보다 길다. 이는, 노광광의 단파장화에 따라 검사광도 점차 단파장화되어 가고 있으나, 통상 노광광의 단파장화가 먼저 진행되고 검사장비가 그에 후속하여 개발되기 때문이다. 아울러 검사장비가 고가라는 점도 노광광의 파장에 맞추어 곧바로 단파장의 검사장비를 구입하기 어렵게 하는 요인이다.

따라서, 실제 노광에서 사용하는 노광광의 파장에 맞추어 결정된 위상 쉬프터 패턴의 투과율이, 노광광의 파장보다 긴 파장을 가지는 검사광에 대해서는 훨씬큰 투과율을 보이게 되고, 위상 쉬프터 물질이 형성되지 않은 투광영역과의 투과율 차이가 크지 않아 패턴이 제대로 형성되었는지 검사할 수 없게 된다. 이를 도 3 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3 내지 도 5는 각각 193nm, 248nm, 365nm의 파장을 가지는 빛에 대한 위상 쉬프터 물질인 CrAlO막의 투과율을 나타낸 그래프이다. 각 그래프에서 횡축은 Al/Cr의 조성비이고, 종축은 CrAlO막의 두께를 나타내며, 선(40, 45)은 위상이 180°로 반전될 때의 CrAlO막의 두께를 나타낸다. 각 그래프에서 Al/Cr비가 증가할수록 투과율이 증가하고, 파장이 증가할수록(즉 도 3에서 도 5로 갈수록) 투과율이 증가함을 알 수 있다. 여기서, 예컨대, 노광광의 파장이 193nm이고 이때의 투과율을 20%로 하면 이때의 막두께는 대략 124nm가 되고 Al/Cr의 조성비는 대략 4.5가 된다. 이때 검사광의 파장이 365nm라 하면, 도 5에서 위상 반전선(40)과 횡축의 Al/Cr 조성비가 4.5인 선(50)이 만나는 지점에서 투과율을 읽으면 대략 65%를 상회하여 검사가 불가능한 투과율이 된다.

따라서, 위상 쉬프터 물질은 단순히 단파장의 노광광에 대하여 높은 투과율을 가질 뿐만 아니라 노광광보다 긴 파장의 검사광에 대해서도 투과율이 급격하게 증가하지 않아야 한다. 이에, 이하에서 설명되는 본 발명의 실시예에 따른 위상 쉬프터 물질에 요구되는 구체적인 조건을 보면 다음과 같다. 즉, 노광광에 대하여 5∼50%의 투과율을 가질 것, 노광광의 위상을 180°로 반전시킬 것, 검사광에 대하여 50% 이하의 투과율을 가질 것이 그것이다.

이에 본 출원인은 상기의 CrAlO막에 N 성분을 더 첨가하여 위의 조건을 만족시키는 위상 쉬프터 물질로서 CrAlON막을 개발하여 1999년 9월 18일 특허출원한(출원번호: 1999-40288호) 바 있다. 본 발명에서는 상기 CrAlO막 또는 CrAlON막에 F 성분을 더 첨가하여 위의 조건을 만족시키는 위상 쉬프터 물질로서 CrAlO(N)F막을 제안한다.

불소(F) 성분을 포함하는 불화막은 일반적으로 산화막이나 질화막보다 흡수단의 파장 즉, 빛의 투과율이 0일 때의 파장이 단파장 쪽으로 이동되어 있다는 것이 알려져 있다. 도 6은 다양한 불화막과 산화막의 흡수단의 파장을 도시한 그래프이다. 도 6을 보면, AlF₃내지 YbF₃의 불화막들은 흡수단의 파장이 대략 200nm 내외임에 반해, CeO₂내지 PbO의 산화막들은 흡수단의 파장이 대략 300, 400nm 내외로 불화막에 비해 흡수단의 파장이 훨씬 긴 것을 알 수 있다. 한편 도시하지는 않았지만, 불소나 산소를 포함하지 않은 질화막은 흡수단의 파장이 산화막보다도 훨씬 길다고 알려져 있다. 이렇듯 불화막에서 흡수단의 파장이 짧은 것은, 불소를 포함하는 물질막은 전자의 여기가 어려워서 상대적으로 단파장의 빛도 투과되기 때문인 것으로 생각된다.

불화막에서 흡수단의 파장이 짧다는 것은, 그만큼 단파장 영역에서 투과율이 높고 따라서, 단파장과 장파장에서의 투과율의 기울기가 완화됨을 의미한다. 이러한 원리를 나타낸 것이 도 7로서, 도 7에서 참조부호 70은 불소를 포함하지 않은 산화막이나 질화막 예컨대 CrAlO막 또는 CrAlON막의 투과율 그래프이고, 참조부호 74는 상기 산화막이나 질화막에 불소를 첨가한 막 예컨대 CrAlOF막 또는 CrAlONF막의 투과율 그래프이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 불소를 포함하는 막(74)의 흡수단(76)은 불소를 포함하지 않은 산화막 또는 질화막(70)의 흡수단(72)에 비해 단파장 쪽으로 이동하고, 그에 따라 70에 비해 74의 투과율 기울기가 완화된다.

한편, 불화막은 그 자체로서는 화학적 안정성이 떨어진다고 알려져 있다. 즉, 예컨대 SiNF막은 공기중에 노출되면 장기간에 걸쳐 산화가 진행되어 굴절율 등의 특성이 변화하게 되고, 산화가 완전히 끝나면 안정된 상을 유지한다. 따라서, 불화막 자체로는 그 광학적 장점 즉, 흡수단의 파장을 단파장 쪽으로 이동시키는 성질에도 불구하고 마스크의 위상 쉬프터 물질로서 사용하기 힘들게 된다. 그러나, 불화막이 산소를 포함하게 되는 경우 불화막의 화학적 안정성은 치유된다. 즉, 본 발명의 CrAlOF막 또는 CrAlONF막의 경우는 안정된 O-F 결합에 의해 상기와 같은 불화막의 산화가 이미 이루어진 것과 마찬가지이므로, 공기중에 노출되더라도 더이상의 산화가 일어나지 않으며 따라서 굴절율이나 투과율 등의 특성 변화는 없게 된다. 또한, 불화막이 산소를 포함하게 되면 산화막의 장점인 기계적 안정성이 더해져 더욱 우수한 위상 쉬프터 물질이 된다.

이어서, 본 발명의 실시예에 따른 위상 쉬프트 마스크 및 그 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

먼저, 도 8 및 도 9를 참조하여 본 실시예의 위상 쉬프트 마스크를 상세히 설명한다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 블랭크 위상 쉬프트 마스크(blank phase shift mask)의 단면도이다. 여기서 블랭크 마스크란 도시된 바와 같이 아무런 패턴이 형성되어 있지 않은 마스크를 말한다. 실제 노광시에는 블랭크 마스크의 중앙 부위인 노광되는 영역(86)의 차광막(84) 및 위상 쉬프트층(82)을 식각하여 원하는 패턴으로 만든 도 9에 도시된 바와 같은 마스크를 사용하게 된다. 한편, 도 8 및 도 9에서는 도 1 및 도 2와 달리 투명 기판(80)이 아래를 향하고 있으나 이는 설명의 편의를 위한 것으로 본 발명에 따른 마스크를 사용하여 노광을 수행할 때에는 통상 투명 기판(80)이 노광원쪽을 향하게 된다. 또한, 통상 크롬으로 이루어진 차광막(84) 상에는 보통 크롬 산화물 등의 반사율이 낮은 물질로 이루어진 반사방지막이 형성되는데, 도 8 및 도 9에서는 그 도시를 생략했다.

다시 도 8을 참조하면, 본 실시예의 위상 쉬프트 마스크는 유리와 같은 투명 기판(80) 상에 CrAlOF 또는 CrAlONF로 이루어진 위상 쉬프트층(82) 및 크롬과 같은 물질로 이루어진 차광막(84)이 형성되어 있다. 여기서, 위상 쉬프트층(82)의 두께에 따라 노광에 사용하는 빛의 파장에 대한 투과율 및 위상 쉬프트량이 달라지게 되고, 투과율 및 위상 쉬프트량은 또한 CrAlOF 또는 CrAlONF의 조성비에 따라 달라진다. 따라서, 사용하는 노광광의 파장에서 5∼50%의 투과율과 180°위상 쉬프트량을 보이는 막두께와 조성비를 원하는 응용에 따라 적절히 조절한다.

도 9를 참조하면, 실제 노광공정에 사용되는 마스크는 차광막(84)이 제거되고 원하는 위상 쉬프터 패턴(82')이 형성된 노광 영역(86)과, 마스크의 식별번호나 노광장비 또는 검사장비에 장착될 때 정렬을 위한 정렬키 등이 형성되어 있는 주변 영역(88)으로 이루어진다. 통상 감쇠형 위상 쉬프트 마스크는 노광 영역(86)에서 차광막은 모두 제거하고 위상 쉬프터 패턴(82') 만으로 노광 영역(86)을 형성하나, 전술한 사이드 로브를 방지하기 위해 위상 쉬프터 패턴(82')의 폭이 넓은 곳에서는위상 쉬프터 패턴(82')의 중앙부에 차광막 패턴(84')을 남길 수도 있다.

이하에서는 상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 위상 쉬프트 마스크의 제조방법을 상세히 설명한다. 특히, 본 발명의 특징이 위상 쉬프트층에 있는 만큼, 위상 쉬프트층의 형성과정을 중심으로 설명한다.

먼저, 도 8에 도시된 블랭크 위상 쉬프트 마스크의 제조과정을 설명한다.

본 실시예에 따른 블랭크 위상 쉬프트 마스크는 다른 방법 예컨대, 화학기상 증착 등의 방법으로도 형성할 수 있겠지만, 여기서는 스퍼터링법으로 형성하는 경우를 설명한다.

블랭크 위상 쉬프트 마스크는 도 10에 도시된 바와 같은 스퍼터링 장비를 사용하여 제조되는데, 도 10에 도시된 스퍼터링 장비는, 챔버(100), 반응가스들이 공급되는 가스 주입구(112), 챔버(100) 내의 압력을 조절하기 위한 펌프(120) 및 배기구(118)를 구비한다. 각 가스 주입구에는 유량조절계(mass flow controller, 114) 및 조절 밸브(116)가 부착되어 유량을 조절하거나 가스의 공급/차단을 제어한다. 배기구(118)에도 역시 조절 밸브(122)가 부착된다. 챔버(100) 내부에는 마스크 기판(104)이 놓이는 지지대(102)가 마련되고, 이 지지대(102)에는 직류 전원의 양(+)극이 접속된다. 기판(104)의 반대쪽에는 증착하고자 하는 물질로 이루어진 타겟(108)이 음(-)의 전극(106)에 연결된다. 여기서, 타겟(108)으로는 알루미늄과 크롬의 합금으로 이루어진 하나의 타겟을 사용하였으나, 각각이 알루미늄과 크롬으로 이루어진 멀티 타겟을 사용할 수도 있다. 타겟(108) 아래에는 타겟으로부터 분리되어 나온 타겟 물질이 기판(104)에 도달하지 못하도록 차단하는 셔터(110)가 마련된다. 또한, 도시하지는 않았지만, 타겟(108)의 위에는 자석을 마련하여 스퍼터 가스 이온이나 타겟 물질 이온에 자기장을 걸어줄 수도 있다. 또한, 도 10에서 펌프(120)는 하나 만이 도시되어 있으나, 고속으로 고진공을 형성하기 위한 터보 펌프를 더 구비할 수도 있다.

도 10에 도시된 스퍼터링 장비를 이용하여 본 발명에 따른 블랭크 위상 쉬프트 마스크를 제조하는 과정은 다음과 같다.

먼저, 유리나 석영 등의 투명 기판(104)을 지지대(102) 상에 놓고, 챔버(100) 내의 불순물을 제거하기 위하여 펌프(120)를 작동하여 챔버(100) 내부를 1E-6 ∼ 6E-6 Torr 정도의 압력이 되도록 배기한다. 챔버(100) 내부의 불순물이 충분히 제거되면, 지지대(102) 및 전극(106)에 전력이 대략 60∼100 W인 직류 전원을 인가한다. 가스 주입구(112)의 유량조절계(114) 및 밸브(116)를 조절하여 반응가스인 O₂와 NF₃가스를 공급하고 스퍼터 가스로서 아르곤 이온(Ar+)을 공급한다. 이때 셔터(110)는 닫은 상태이다. 이후 챔버(100) 내부의 압력은 5∼8E-3 Torr 정도로 유지한다. 또한, 기판 온도는 실온으로 유지한다.

셔터(110)를 닫은 상태에서 소정 시간이 지나면, 아르곤 이온이 타겟(108)에 충돌하여 타겟(108) 표면의 불순물이 제거되고, 스퍼터 수율(sputter yield)이 평형상태에 도달하여 타겟 물질인 Cr과 Al이 합금 비율대로 분리되어 나온다. 이후 셔터(110)를 열면, 분리된 타겟 물질과 산소 및 불소가 투명 기판(104) 상에 증착되어 CrAlOF막이 형성된다.

이때, 투명 기판(104) 상에 증착되는 CrAlOF막의 조성은 타겟(108)의 크롬과알루미늄의 합금 비율과 O₂및 NF₃의 유량비에 의해 결정된다. 따라서, 원하는 CrAlOF막의 조성비에 따라 합금 비율이 결정된 타겟을 사용하고, O₂의 유량은 20 sccm 이하에서 적절하게 조절하며, NF₃의 유량은 0.3∼2 sccm의 범위에서 적절하게 조절한다. 또한, 스퍼터 가스로서의 아르곤 가스의 유량은 7∼30 sccm의 범위에서 적절하게 조절한다. 한편, 멀티 타겟을 사용하는 경우에는 원하는 비율로 크롬과 알루미늄이 분리되어 나오도록 크롬과 알루미늄의 스퍼터 수율을 고려하면서 각 타겟의 면적을 달리하면 된다.

노광시에 사용할 노광광의 파장에 맞추어 위상 쉬프트층인 CrAlOF막(도 8의 82)을 통과한 노광광의 위상이 180° 쉬프트 되도록 하는 두께의 CrAlOF막이 얻어질 때까지 위의 스퍼터링을 계속한 다음, 원하는 두께가 얻어지면 중지한다.

한편, 위상 쉬프트층을 CrAlONF막으로 하는 경우에는, 도 10에 도시된 N₂가스의 주입구(112), 유량조절계(114) 및 밸브(116)을 조절하여 N₂가스를 더 공급해 줌으로써 형성된다. 이때 N₂가스의 유량은 6.5∼8 sccm의 범위에서 적절하게 조절한다. 나머지 조건 및 방법은 전술한 CrAlOF막의 형성시와 동일하므로 그 설명은 생략한다. 이어서, 차광막(도 8의 84) 및 반사방지막을 형성하기 위하여 타겟(108)을 바꾸어(또는 다른 타겟이 장착된 스퍼터링 장비에서) 소정 시간동안 스퍼터링을 수행한다.

다음으로, 도 9에 도시된, 실제 노광시에 사용되는 패터닝된 위상 쉬프트 마스크의 제조방법에 대하여 설명한다.

도 9에 도시된 위상 쉬프트 마스크는 이상에서 설명한 바와 같이 제조된 블랭크 위상 쉬프트 마스크의 노광영역(86)을 소정의 패턴으로 식각함으로써 얻어진다.

먼저, 도 8의 블랭크 마스크에 대하여 노광영역(86)의 반사방지막 및 차광막(84)을 모두 제거한다. 이때, 전술한 바와 같이 사이드 로브를 방지하기 위하여 차광막을 부분적으로 남겨둘 수도 있다.

이어서, 실제로 위상 쉬프터 패턴을 형성하기 위한 식각을 수행하게 되는데, 여기서는 플라즈마 식각에 의하여 위상 쉬프트층인 CrAlOF막 또는 CrAlONF막을 식각하는 경우를 설명한다.

위상 쉬프트층을 식각하기 위해서는 통상 차광막이 제거된 또는 부분적으로 남아있는 마스크의 전면에 전자빔 레지스트를 도포하고, 원하는 패턴대로 전자빔을 조사(writing)한다. 이어서, 전자빔에 의해 조사된 부분을 제거하는 현상공정을 거치면 전자빔 레지스트 패턴이 형성된다. 이 전자빔 레지스트 패턴을 마스크로 하여 노출된 CrAlOF막 또는 CrAlONF막을 예컨대 Cl₂와 O₂가스를 사용하여 반응성 이온 식각(reative ion etching)함으로써 투명 기판을 노출하고, 전자빔 레지스트 패턴을 모두 제거하면 원하는 패턴대로 위상 쉬프터 패턴이 형성된, 실제 노광에 사용되는 위상 쉬프트 마스크가 얻어진다.

이상 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 위상 쉬프터 물질 즉, CrAlOF 또는CrAlONF는 불화막의 광학적 장점 즉, 흡수단의 파장을 단파장 쪽으로 이동시키는 성질과, 산화막의 장점 즉 화학적, 기계적 안정성을 모두 구비함으로써, 노광광에 대하여 5∼50%의 투과율을 가지고 소정 두께에서 노광광의 위상을 180°로 반전시키며, 상기 노광광보다 파장이 긴 검사광에 대하여 50% 이하의 투과율을 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 CrAlOF 또는 CrAlONF는 예컨대 193nm 및 248nm의 파장을 가지는 노광광에 대하여 고해상도를 보장하는 상대적으로 고투과율의 위상 쉬프터 물질로 사용될 수 있으며, 예컨대 365nm 파장을 가지는 검사광에 대해서도 상대적으로 낮은 투과율을 보여 검사가 가능하다.

Claims

투명 기판; 및

상기 투명 기판 상에, 소정 파장의 노광광에 대하여 반투명한 위상 쉬프터 물질로서, Cr, Al, O 및 F를 포함하는 물질로 이루어진 위상 쉬프트층을 구비하는 것을 특징으로 하는 위상 쉬프트 마스크.
제1항에 있어서, 상기 위상 쉬프터 물질은 N을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 쉬프트 마스크.
투명 기판을 준비하는 단계;

상기 투명 기판 상에 소정 파장의 노광광에 대하여 반투명한 위상 쉬프터 물질로서, Cr, Al, O 및 F를 포함하는 물질로 이루어진 위상 쉬프트층을 형성하는 단계; 및

상기 위상 쉬프트층 상에 상기 노광광에 대하여 불투명한 차광막을 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 위상 쉬프트 마스크 제조방법.
제3항에 있어서, 상기 위상 쉬프트층은, Cr과 Al의 합금타겟 또는 Cr 및 Al이 별도의 타겟으로 형성된 멀티타겟을 이용하여 스퍼터링법으로 증착함으로써 형성하고, 이때 스퍼터링 챔버 내부에는 O₂와 NF₃가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 위상 쉬프트 마스크 제조방법.
제3항에 있어서, 상기 위상 쉬프터 물질은 N을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 위상 쉬프트 마스크 제조방법.
제5항에 있어서, 상기 위상 쉬프트층은, Cr과 Al의 합금타겟 또는 Cr 및 Al이 별도의 타겟으로 형성된 멀티타겟을 이용하여 스퍼터링법으로 증착함으로써 형성하고, 이때 스퍼터링 챔버 내부에는 O₂, N₂및 NF₃가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 위상 쉬프트 마스크 제조방법.