KR20020001230A - 반도체 소자의 위상반전 마스크 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자의 위상반전 마스크 제조방법에 관한 것으로, 특히 해프톤 위상반전 마스크(Halftone phase shift mask) 형성공정에서 위상 및 투과율을 조절하기 위한 위상 조절층을 투명기판과 투명막 사이에 형성하되, 상기 위상 조절층의 두께는 위상 및 투과율에 따라서 충분히 얇게 형성 할 수가 있기 때문에 위상 및 투과율을 정확하게 조절할 수 있고, 후속 식각공정에서 수직(vertical)한 프로파일(profile)을 얻을 수 있으며 사진공정에서 초점마진(focus margin)을 확보하여 해상도를 향상시킬 수 있는 기술이다.

Description

반도체 소자의 위상반전 마스크 제조방법{A method for manufacturing phase shift mask of semiconductor device}

본 발명은 반도체 소자의 위상반전 마스크(Phase Shifter Mask)의 제조방법에 관한 것으로, 특히 위상반전 및 투과율을 정확하게 조절할 수 있는 해프톤(Halftone) 위상반전 마스크를 제조하여 반도체소자의 고집적화를 유리하게 하는 반도체소자의 위상반전 마스크 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 위상반전 마스크, 예컨데 해프톤 위상반전 마스크의 경우 위상반전 마스크의 효과를 나타내기 위해서는 마스크 전면에서 위상 및 투과율을 조절하기 위한 위상 조절층이 덮혀 있어야 하는 것이 아니고, 일정한 거리, 예컨데 노광장비의 파장의 3∼10배 정도 되는 거리에만 위상 조절층으로 덮여 있으면 된다.

상기 해프톤 마스크에서는 반도체기판의 노광되는 영역 이외의 마스크 부위는 차단할 필요가 있는데, 이는 빛이 차단되지 않을 경우에는 위상 조절층의 투과율에 해당하는 빛이 반도체기판에 도달하여 불필요한 영역의 감광막이 노광되고, 그로 인하여 불필요한 반도체기판 상의 패턴이 발생된다.

따라서, 노광과정에서 패턴이 형성되지 않는 매우 작은 패턴을 마스크에 형성하여 위상간섭 효과에 의해 빛의 강도를 줄이거나, 빛을 차단하는 크롬과 같은 물질을 위상반전 물질 위에 도포하고 필요한 부위에만 크롬을 남겨서 불필요한 패턴이 형성되는 것을 방지할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 종래기술에 따른 반도체자의 위상반전 마스크 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

도 1a 내지 1e 는 종래의 해프톤 위상반전 마스크(halftone phase shift mask)의 제조공정 단계를 도시한 단면도이다.

먼저, 투명기판(10)의 상부에 위상 조절층(11a), 크롬막(12a) 및 제1감광막(13a)을 순차적으로 형성한다. 이때, 상기 위상 조절층(11a)은 위상 및 투과율을 조절할 수 있고, 상기 위상 조절층(11a)은 주어진 파장에서 위상반전을 일으킬 수 있도록 적절한 두께와 원하는 투과율을 가질 수 있도록 된다. 상기 위상 조절층(11a)은 MoSiN막이나 CrF막으로 형성되며, 보통 800 ∼ 1200Å의 두께로 형성된다. (도 1a 참조)

다음, 반도체기판(도시 안됨)에서 셀 영역으로 예정되는 부분을 노출시키는 셀 마스크를 이용하여 상기 제1감광막(13a)을 패터닝하여 셀 영역을 노출시키는 제1감광막패턴(13b)을 형성한다.

그 다음, 상기 제1감광막패턴(13b)을 식각마스크로 상기 크롬막(12a)과 위상 조절층(11a)을 순차적으로 식각하여 크롬막패턴1(12b)과 위상 조절층패턴(11b)을 형성한 다음, 상기 제1감광막패턴(13b)을 제거한다. (도 1b, 도 1c 참조)

다음, 상기 크롬막패턴1(12b) 상부에 셀 영역 및 주변회로영역을 노출시키는 제2감광막패턴(14)을 형성한다. (도 1d 참조)

그 다음, 상기 제2감광막패턴(14)을 식각마스크로 상기 크롬막패턴1(12b)을 선택적으로 식각하여 크롬막패턴2(12c)을 형성하고, 상기 제2감광막패턴(14)을 제거하여 해프톤 위상반전 마스크를 형성한다. (도 1e 참조)

상기와 같이 종래기술에 따른 반도체소자의 위상반전 마스크 제조방법은, 위상 및 투과율을 조절하기 위한 위상 조절층을 건식식각하여 조절층패턴(21, 22, 23)을 형성하는 경우 식각 레시피(recipe)를 조절하기 어려워 도 2a 에 도시된 바와 같이 슬로프(slope)한 프로파일을 갖거나, 도 2b 에 도시된 바와 같이 완전하게 식각되지 않고 식각면 하부에 테일(tail)을 형성하거나, 도 2c 에 도시된 바와 같이 과도하게 식각되어 투명기판(20)에 마이크로 트렌치(micro trench, 24)를 형성하여 사진공정에서 에너지나 초점(focus) 마진을 감소시키는 소오스로 작용하고, 선폭 측정에서도 에러(error)를 유발시켜 결론적으로 사진공정에서 해상력을 감소시키는 주 원인이 된다.

그러나, 상기와 같은 프로파일을 개선하기 위하여 많은 레시피 튜닝(recipe tunning)을 시도하고 있으나 뚜렷한 개선이 되지 않고, 디자인 룰(desige rule)이 점점 엄격해짐에 따라 현재의 공정으로는 정확한 위상반전 및 투과율을 조절하기 어려운 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 해프톤 위상반전 마스크의 경우 위상반전 마스크의 효과를 나타내기 위해서 위상 및 투과율을 조절하기 위한 위상 조절층을 수정기판과 또 다른 수정막 사이에 형성하되, 상기 위상 조절층의 두께는 원하는 투과율에 따라 그 두께를 얇게 형성할 수 있으므로 상기 위상 조절층의 식각 프로파일을 수직(vertical)하게 형성하고, 투과율 및 위상을 정학하게 조절할 수 있는 반도체 소자의 위상반전 마스크 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1a 내지 1e 는 종래의 해프톤 위상반전 마스크(halftone phase shift mask)의 제조공정 단계를 도시한 단면도

도 2a 내지 2c 는 종래의 해프톤 위상반전 마스크의 프로파일을 도시한 단면도.

도 3a 내지 도 3g 는 본 발명에 따른 해프톤 위상반전 마스크의 제조공정 단계를 도시한 단면도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 >

10, 20, 30 : 투명기판 11a, 31a : 위상 조절층

12a, 33a : 크롬막 13a, 34a : 제1감광막

11b, 21, 22, 23, 31b : 위상 조절층 패턴 12b, 33b : 크롬막패턴1

12c, 33c : 크롬막패턴2 13b, 34b : 제1감광막패턴

14, 35 : 제2감광막패턴 24 : 마이크로 트렌치

32a : 투명층 32b : 투명층패턴

Ⅰ : 투과율 조절영역 Ⅱ : 투과영역

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 위상반전 마스크 제조방법은,

투명기판의 상부에 위상 조절층과 투명층 및 광차단막을 순차적으로 형성하되, 상기 위상 조절층과 투명층은 위상 및 투과율에 따라 두께를 조절하여 형성하는 공정과,

상기 광차단막 상부에 반도체기판의 셀 영역으로 예정되는 투과영역을 노출시키는 제1감광막패턴을 형성하는 공정과,

상기 제1감광막패턴을 식각마스크로 상기 광차단막과 투명층을 식각하여 광차단막 패턴과 투명층패턴을 형성하는 공정과,

상기 제1감광막패턴을 제거하고, 상기 광차단막패턴을 식각마스크로 상기 위상 조절층을 식각하여 상기 투과영역을 노출시키는 위상 조절층패턴을 형성하는 공정과,

상기 광차단막패턴의 상부에 상기 반도체기판에서 주변회로영역으로 예정되는 투과율조절영역과 상기 투과영역을 노출시키는 제2감광막패턴을 형성하는 공정과,

상기 제2감광막패턴을 식각마스크로 상기 광차단막패턴을 선택적으로 식각하고, 상기 제2감광막패턴을 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대한 상세한 설명을 하기로 한다.

도 3a 내지 도 3g 는 본 발명에 따른 위상반전 마스크의 제조 공정 단계를 도시한 단면도이다.

먼저, 투명기판(30) 상부에 위상 및 투과율을 조절하기 위한 위상 조절층(31a)과 투명층(32a)을 형성하고, 계속해서 광차단막인 크롬막(33a)과 제1감광막(34a)을 순차적으로 형성한다. 이때, 상기 위상 조절층(31a)은 상기 투명층(32a)과 식각선택비 차이를 갖는 MoSiN막이나 CrF막으로 형성되며, 원하는 투과율에 따라서 그 두께를 충분히 작게 할 수가 있기 때문에 후속 식각공정 시 수직한 프로파일을 얻을 수 있다. 그리고, 상기 투명기판(30)과 투명층(32a)은 SiO₂막으로 형성된다. (도 3a 참조)

다음, 반도체기판(도시 안됨)에서 셀 영역으로 예정되는 부분, 즉 투과영역을 노출시키는 노광마스크를 이용하여 상기 제1감광막(34a)을 패터닝하여 제1감광막패턴(34b)을 형성한다.

그 다음, 상기 제1감광막패턴(34b)을 식각마스크로 상기 크롬막(33a)과 투명층(32a)을 식각하여 크롬막패턴1(33b)과 투명층패턴(32a)을 형성하고, 상기 제1감광막패턴(34b)을 제거한다. (도 3b, 도 3c 참조)

다음, 상기 크롬막패턴1(33b)을 식각마스크로 상기 위상 조절층(31a)을 식각하여 위상 조절층패턴(31b)을 형성한다. (도 3d 참조)

그 다음, 전체표면 상부에 제2감광막(도시 안됨)을 도포하고, 반도체기판에서 주변회로영역으로 예정되는 투과조절영역과 상기 투과영역을 노출시키는 노광마스크를 이용하여 상기 제2감광막을 노광 및 현상하여 상기 크롬막패턴1(33b) 상부에 제2감광막패턴(35)을 형성한다. (도 3e 참조)

다음, 상기 제2감광막패턴(35)을 식각마스크로 상기 크롬막패턴1(33b)을 선택적으로 식각하여 크롬막패턴2(33c)를 형성한다. (도 3f 참조)

그 다음, 상기 제2감광막패턴(35)을 제거한다.

상기와 같은 방법으로 투명기판(30) 상부에 위상 조절층패턴(31b)이 형성되어 있지 않은 투과영역(Ⅰ)은 빛이 100% 투과가 되고, 위상 조절층패턴(31b)이 형성되어 있는 투과조절영역(Ⅱ)은 원하는 만큼의 투과율을 갖는다. 또한, 상기 투과영역(Ⅰ)과 투과조절영역(Ⅱ)은 위상차 ⓐ가 180。로 정확하게 조절된다. (도 3g 참조)

이상 상기와 같이 종래기술에 따른 반도체소자의 위상반전 마스크 제조방법은, 해프톤 위상반전 마스크 형성공정에서 위상 및 투과율을 조절하기 위한 위상 조절층을 투명기판과 투명층 사이에 형성하되, 상기 위상 조절층의 두께는 위상 및 투과율에 따라서 충분히 얇게 형성 할 수가 있기 때문에 위상 및 투과율을 정확하게 조절할 수 있는 동시에 후속 식각공정에서 수직한 프로파일을 얻을 수 있으며 사진공정에서 초점마진을 확보하여 해상도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (4)

1. 투명기판의 상부에 위상 조절층과 투명층 및 광차단막을 순차적으로 형성하되, 상기 위상 조절층과 투명층은 위상 및 투과율에 따라 두께를 조절하여 형성하는 공정과,

   상기 광차단막 상부에 반도체기판의 셀 영역으로 예정되는 투과영역을 노출시키는 제1감광막패턴을 형성하는 공정과,

   상기 제1감광막패턴을 식각마스크로 상기 광차단막과 투명층을 식각하여 광차단막 패턴과 투명층패턴을 형성하는 공정과,

   상기 제1감광막패턴을 제거하고, 상기 광차단막패턴을 식각마스크로 상기 위상 조절층을 식각하여 상기 투과영역을 노출시키는 위상 조절층패턴을 형성하는 공정과,

   상기 광차단막패턴의 상부에 상기 반도체기판에서 주변회로영역으로 예정되는 투과율조절영역과 상기 투과영역을 노출시키는 제2감광막패턴을 형성하는 공정과,

   상기 제2감광막패턴을 식각마스크로 상기 광차단막패턴을 선택적으로 식각하고, 상기 제2감광막패턴을 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 위상반전 마스크 제조방법
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 투명기판과 투명층은 SiO₂막인 것을 특징으로 하는 반도체소자의 위상반전 마스크 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 광차단막은 크롬막인 것을 특징으로 하는 반도체소자의 위상반전 마스크 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 위상 조절층은 상기 투명기판과 투명층에 대하여 식각선택비 차이를 갖는 박막으로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 위상반전 마스크 제조방법.