KR20020002676A - 반도체 소자의 위상 반전 마스크 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자의 위상 반전 마스크 제조방법에 관한 것으로, 얼터내이팅 위상반전마스크(alternating phase shift mask)를 제조하는 경우 투명기판 상부에 크롬막패턴을 형성하고, 상기 크롬막패턴에 노출되는 투명기판을 건식 및 습식식각공정으로 제거하여 트렌치를 형성하고, 위상조절을 위하여 상기 트렌치 내부에 산화막을 소정 두께 형성한 다음, 감광막을 전체표면에 도포하고 상기 감광막 표면의 일부를 노광시킨 후 현상하여 상기 트렌치 내부에만 감광막을 남게 한 후 노출되는 산화막을 식각을 하여 제거한 후 상기 감광막을 제거하여 위상조절을 용이하게 하고, 공정 마진을 향상시키는 고 품질의 마스크 제조를 가능하게 하는 기술이다.

Description

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

본 발명은 반도체 소자의 위상 반전 마스크 제조방법에 관한 것으로, 특히 얼터내이팅(alternating) 위상반전마스크(phase shift mask, 이하 PSM이라 함)를 이용하여 사진공정의 공정능력을 향상시키고, 미세 패턴의 구현을 유리하게 하는반도체소자의 위상 반전 마스크 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 설계에 의해 배열이 된 회로 소자를 실제 실리콘 웨이퍼 표면에 형성시키기 위해서는 회로도면이 여러 장의 마스크에 옮겨져야 하는데 이 마스크는 설계도면의 데이터를 수록한 피지(PG) 테이프를 이용하여 데이터(data)를 마스크에 옮기는 일련의 과정을 통하여 마스크(mask)를 만들게 된다.

첨부 도면을 참조하여 종래의 기술에 따른 마스크, 특히 위상 반전 마스크의 제조 공정에 대하여 설명하기로 한다.

도 1a 및 도 1b 는 종래의 기술에 따른 얼터내이팅 PSM의 구조를 도시한 단면도로서, 상기 얼터내이팅 PSM은 통상적으로 사용되는 크롬 마스크를 이용하고, B 스페이스가 A 스페이스와 위상이 180。로 반전되게 하여 각 스페이스에 통과하는 빛의 세기(intensity)를 증가시켜 해상력을 증가시키는 마스크이다.

현재 가장 많이 사용되고 있는 방법으로 투명기판(10) 상부에 크롬막패턴(12)을 형성하고, 상기 크롬막패턴(12)에 노출되는 투명기판(10)을 식각하여 빛의 투과율의 손실 없이 그 식각 깊이 만을 조절하여 위상반전을 꾀하는 방법이 있다. 이때, 투명기판(10)의 식각깊이를 적절하게 조절하여 위상반전을 정해진 한도 내로 조절하기 어렵고, 이웃하는 두 스페이스 패턴간의 선 폭의 차이가 발생하는 문제점이 있다.

후자의 경우 현재에 가장 많이 사용되고 있는 방법으로 도 1a 와 같이 건식 식각 후 B 스페이스와 A 스페이스를 동시에 투명기판(10)의 적절한 깊이를 습식식각방법으로 제거하여 벽면과 표면을 매끈하게 형성하는 방법과, 도 1b 와 같이 위상 반전 부분인 B 스페이스만을 적절하게 습식식각하는 방법이 사용되고 있다.

그러나, 전자의 위상 조절은 사용되는 파장에서 적절하게 건식식각의 깊이를 조절하여 위상이 180。가 되게 하여야 하나, 그 깊이를 정확하게 제거하기가 어렵고, 투명기판 상에 위상 조절을 저하하는 위상 결함(phase defect)이 존재하는 가능성이 많다.

상기와 같이 위상이 제대로 조절되지 않으면 노광공정마진 및 해상력의 저하를 초래하는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상기의 종래의 문제점을 감안하여 본 발명은 얼터내이팅 PSM를 제조할 시 투명기판 상부에 크롬막패턴을 형성하고, 상기 크롬막패턴에 노출되는 투명기판을 건식 및 습식식각공정으로 제거하여 트렌치를 형성하고, 위상조절을 위하여 상기 트렌치 내부에 산화막을 소정 두께 형성한 다음, 감광막을 전체표면에 도포하고 상기 감광막 표면의 일부를 노광시킨 후 현상하여 상기 트렌치 내부에만 감광막을 남게 한 후 노출되는 산화막을 식각을 하여 제거한 후 상기 감광막을 제거하여 위상조절이 용이한 반도체 소자의 위상 반전 마스크 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1a 및 도 1b 는 종래의 기술에 따른 얼터내이팅 위상 반전 마스크(alternating phase shift mask)의 구조를 도시한 단면도

도 2 내지 도 11 는 본 발명의 방법에 따른 얼터내이팅 위상 반전 마스크의 제조 공정단계를 도시한 단면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10, 20 : 투명기판 12, 22 : 불투명층패턴

24 : 제1감광막패턴 26 : 제2감광막패턴

28 : 트렌치 32 : 산화막

34a : 제3감광막 34b : 제3감광막패턴

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 소자의 위상 반전 마스크 제조방법은,

투명기판의 상부에 크롬패턴을 형성하는 공정과,

전체표면 상부에 위상반전영역을 노출시키는 제1감광막패턴을 형성하는 공정과,

상기 제1감광막패턴을 식각마스크로 상기 투명기판을 건식식각하여 트렌치를 형성하는 공정과,

상기 트렌치의 표면을 소정 두께 습식식각하여 표면거칠기를 제거하는 공정과,

상기 트렌치의 표면에 위상을 조절하면서 상기 투명기판과 투과율이 같은 소정 두께의 산화막을 증착하는 공정과,

상기 제1감광막패턴을 제거하는 공정과,

전체표면 상부에 제2감광막을 도포하고, 상기 제2감광막의 표면을 노광시키는 공정과,

상기 노광된 제2감광막의 표면을 제거하여 상기 트렌치 내부에만 제2감광막을 남켜 상기 산화막의 상부를 노출시키는 공정과,

상기 노출된 산화막의 상부를 제거하는 공정과,

상기 트렌치 내부의 제2감광막을 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반도체 소자의 위상 반전 마스크 제조방법에 대해 상세히 설명한다.

도 2 내지 도 11 은 본 발명에 따른 얼터내이팅 위상 반전 마스크의 제조 공정단계를 도시한 단면도이다.

먼저, 석영기판(20) 상부에 크롬막(도시안됨)을 형성하고, 상기 크롬막 상부에 패턴으로 예정되는 부분을 보호하는 제1감광막패턴(24)을 형성한다.

다음, 상기 제1감광막패턴(24)을 식각마스크로 상기 크롬막을 식각하여 석영기판(20)을 노출시키는 크롬막패턴(22)을 형성한다. (도 2 참조)

그 다음, 상기 제1감광막패턴(24)을 제거하고, 전체표면 상부에 위상 반전 부분을 노출시키는 제2감광막패턴(26)을 형성한다. 이때, 상기 제2감광막패턴(26)은 상기 제1감광막패턴(24)과의 정렬(alignment)을 고려하여 10 ∼ 100㎚의 바이어스를 주고 형성한다. (도 3 참조)

다음, 상기 제2감광막패턴(26)을 식각마스크로 180。 위상 반전 스페이스로 예정되는 투명기판(20)을 건식식각하여 트렌치(28)를 형성한다. 이때, 본 발명에 따른 얼터내이팅 위상반전마스크는 식각된 투명기판의 깊이 차이로 위상을 180。 차이가 나도록 조절해야 하므로, 위상 반전 스페이스로 예정되는 부분을 원하는 깊이보다 더 깊게 식각함으로써 공정마진을 확보할 수 있다. (도 4 참조)

그 다음, 습식식각공정으로 상기 트렌치(28)의 측벽 및 저부를 소정 두께 제거한다. (도 5 참조)

다음, 상기 트렌치(28)의 표면에 상기 투명기판(20)과 광투과율이 동일한 산화막(32)을 화학기상증착(chemical vapor deposition, CVD)방법으로 증착하되, 노광장비의 파장에 적절한 두께로 조절하여 증착한다. 이때, 상기 트렌치(28)의 깊이는 Å단위까지 정확하게 조절하여 위상이 정확하게 조절되어야 한다. (도 6 참조)

그 다음, 상기 제2감광막패턴(26)을 제거하여 위상이 0。인 스페이스도 노출시킨다. 상기 제2감광막패턴(26)을 제거하고 나면, 트렌치(28) 상부의 크롬막패턴(22)의 가장자리에 산화막(32)이 ⓧ부분과 같이 증착되어 있어 광이 마스크를 투과할 때 상기 ⓧ부분에서 광의 난반사가 일어날 가능성이 많기 때문에 상기 크롬막패턴(22)의 가장자리에 증착된 산화막(32)을 제거해야 한다. (도 7 참조)

다음, 전체표면 상부에 제3감광막(34a)을 도포하고 전체표면에 걸쳐 얕은 노광(shallow exposure)공정을 실시한다. (도 8 참조)

그 다음, 현상공정을 실시하면 제3감광막(34a)이 전 공정에서 노광된 부분이 제거되고, 상기 트렌치(28) 내부에 제3감광막패턴(34b)이 형성된다. (도 9 참조)

다음, 상기 투명기판(20)과 상기 크롬막패턴(22)과의 식각선택비 차이를 이용하여 노출되는 산화막(32)의 ⓧ부분을 제거한다. (도 10 참조)

그 다음, 상기 트렌치(28) 내부의 제3감광막패턴(34b)을 제거하여 위상이 정확하게 조절된 마스크를 얻을 수 있다. (도 11 참조)

이상 상술한 바와 같이, 상기한 본 발명에 따른 반도체 소자의 위상 반전 마스크 제조방법에 의하면, 얼터내이팅 위상반전마스크(alternating phase shift mask)를 제조하는 경우 투명기판 상부에 크롬막패턴을 형성하고, 상기 크롬막패턴에 노출되는 투명기판을 건식 및 습식식각공정으로 제거하여 트렌치를 형성하고, 위상조절을 위하여 상기 트렌치 내부에 산화막을 소정 두께 형성한 다음, 감광막을 전체표면에 도포하고 상기 감광막 표면의 일부를 노광시킨 후 현상하여 상기 트렌치 내부에만 감광막을 남게 한 후 노출되는 산화막을 식각을 하여 제거한 후 상기감광막을 제거하여 위상조절을 용이하게 하고, 공정 마진을 향상시켜 반도체소자의 고집적화를 유리하게 하는 이점이 있다.

Claims (2)

1. 투명기판의 상부에 크롬패턴을 형성하는 공정과,

   전체표면 상부에 위상반전영역을 노출시키는 제1감광막패턴을 형성하는 공정과,

   상기 제1감광막패턴을 식각마스크로 상기 투명기판을 건식식각하여 트렌치를 형성하는 공정과,

   상기 트렌치의 표면을 소정 두께 습식식각하여 표면거칠기를 제거하는 공정과,

   상기 트렌치의 표면에 위상을 조절하면서 상기 투명기판과 투과율이 같은 소정 두께의 산화막을 증착하는 공정과,

   상기 제1감광막패턴을 제거하는 공정과,

   전체표면 상부에 제2감광막을 도포하고, 상기 제2감광막의 표면을 노광시키는 공정과,

   상기 노광된 제2감광막의 표면을 제거하여 상기 트렌치 내부에만 제2감광막을 남켜 상기 산화막의 상부를 노출시키는 공정과,

   상기 노출된 산화막의 상부를 제거하는 공정과,

   상기 트렌치 내부의 제2감광막을 제거하는 공정을 포함하는 반도체 소자의 위상 반전 마스크 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 산화막은 트렌치의 표면 및 크롬막패턴 가장자리에 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 위상반전 마스크 제조방법.