KR20030054070A - 위상 반전 마스크의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 림(rim) 형태의 위상 반전 마스크(PSM) 제조 방법에 관한 것으로서, 림 영역의 임계치수 균일도를 향상시키고 정밀한 임계치수 제어가 가능하도록 하기 위한 것이다. 본 발명에 따르면, 석영 기판 위에 크롬층을 증착한 후, 초기 컨택 홀 영역을 형성하기 위하여 크롬층의 소정 부분을 선택적으로 제거하고, 석영 기판의 전면에 희생막을 증착한 후 전면 식각하여 크롬층의 측벽에 제1 스페이서를 형성한다. 이어서, 희생막의 증착 및 전면 식각을 반복 실시하여 제2 스페이서를 형성하며, 스페이서의 외부로 노출된 석영 기판의 컨택 홀 영역 상부를 비등방성 식각으로 제거한 후, 스페이서를 제거한다. 이중 스페이서에 의하여 정해지는 림 영역은 스페이서에 의하여 크기 조절이 가능하며, 크롬층의 선택적 제거 단계는 한번의 전자선 노광 공정과 식각 공정을 진행하여 이루어진다. 초기 컨택 홀 영역은 림 영역과 컨택 홀 영역의 합과 같은 것이 바람직하며, 희생막은 석영 기판 및 크롬층과의 식각 선택비가 높은 물질, 예를 들어 질화막으로 형성된다.

Description

위상 반전 마스크의 제조 방법 {METHOD FOR FABRICATING PHASE SHIFT MASK}

본 발명은 반도체 소자 제조에 사용되는 포토마스크(photomask)의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 림(rim) 형태의 위상 반전 마스크(PSM) 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 소자의 패턴이 미세해짐에 따라 그 중요성이 커지고 있는 것들 중의 하나가 포토마스트이다. 반도체 소자의 크기는 포토리소그라피(photolithography)의 해상능력에 의해서 결정되고, 리소그라피 공정의 해상력은 대부분 노광 장치의광원에 의존한다. 그러나, 노광 장치의 개발 속도가 반도체 소자의 패턴 미세화 경향을 따라잡지 못하는 문제가 최근 들어 발생하고 있고, 또한 노광 장치의 개발 비용이 급증함에 따라, 기존의 노광 광원에 해상력 증가법(resolution enhancement technique)을 결합하여 미세 패턴을 구현하려는 시도들이 이루어지고 있다.

이러한 해상력 증가법 중에서 가장 강력한 기술 중의 하나가 위상 반전 마스크(PSM; Phase Shift Mask)의 사용이다. 위상 반전 마스크는 일반적인 방식의 이원 마스크(binary mask)에 비하여 해상력이 크고 초점 심도폭(focus latitude)이 크기 때문에 미세한 패턴을 안정적으로 얻을 수 있다.

일반적으로 위상 반전 마스크는 여러 가지 형태가 사용되고 있는데, 그 중에서 컨택 홀(contact hole)과 같은 패턴에 적합한 것이 림(rim) 형태의 위상 반전 마스크이다. 종래기술에 의하면, 림 형태의 위상 반전 마스크는 두 번의 전자선(e-beam) 노광 공정과 그에 따른 식각 공정을 거쳐 제조된다. 이러한 종래의 제조 방법에서는 전자선 노광 공정간의 중첩 정렬도 및 미세 컨택 홀 노광시의 임계치수(CD) 제어 등이 마스크 제조의 난점으로 부각되고 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 종래기술에서의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 림 영역의 임계치수 균일도를 비롯하여 마스크 전체의 임계치수 균일도를 향상시키고 정밀한 임계치수 제어가 가능하도록 하는 위상 반전 마스크의 제조 방법을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

도 1 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 위상 반전 마스크의 제조 방법을 나타내는 공정 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 위상 반전 마스크11: 석영 기판

12: 크롬층13: 질화막

13a, 13b: 질화막 스페이서14: 크롬 산화막

a, c: 컨택 홀 영역b: 림 영역

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 크롬층의 측벽에 스페이서를 형성하여 컨택 홀 영역과 림 영역을 격리하고 비등방성 식각을 실시하여 림 영역의 임계치수를 조절하는 것을 포함하는 위상 반전 마스크의 제조 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 위상 반전 마스크의 제조 방법은, 석영 기판 위에 크롬층을 증착하는 단계와, 초기 컨택 홀 영역을 형성하기 위하여 크롬층의 소정 부분을 선택적으로 제거하는 단계와, 석영 기판의 전면에 희생막을 증착한 후 전면 식각하여 크롬층의 측벽에 제1 스페이서를 형성하는 단계와, 희생막의 증착 및 전면 식각을 반복 실시하여 제2 스페이서를 형성하는 단계와, 제1, 제2 스페이서의 외부로 노출된 석영 기판의 컨택 홀 영역 상부를 비등방성 식각으로 제거하는 단계와, 제1, 제2 스페이서를 제거하는 단계를 포함한다. 특히, 제1, 제2 스페이서에 의하여 정해지는 림 영역은 제1, 제2 스페이서에 의하여 크기 조절이 가능하다.

본 발명에 따른 위상 반전 마스크의 제조 방법에 있어서, 크롬층의 선택적 제거 단계는 한번의 전자선 노광 공정과 식각 공정을 진행하여 이루어지는 것이 바람직하며, 초기 컨택 홀 영역은 림 영역과 컨택 홀 영역의 합과 같은 것이 바람직하다. 또한, 희생막은 석영 기판 및 크롬층과의 식각 선택비가 높은 물질로 형성될 수 있으며, 질화막인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 위상 반전 마스크의 제조 방법은, 비등방성 식각 단계 후, 크롬층의 상부를 산화시켜 크롬 산화막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 제1, 제2 스페이서의 제거 단계 후, 림 영역의 크기를 줄이고 식각된 석영 기판의 표면을 고르게 하기 위하여 습식 식각을 진행하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하도록 한다. 각 도면에서는 동일한 구성요소에 동일한 참조번호를 사용하였으며, 도면의 명확한 이해를 돕기 위해 일부 구성요소는 다소 과장되거나 개략적으로 도시되었음을 밝혀둔다.

도 1 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 위상 반전 마스크의 제조 방법을 나타내는 공정 단면도이다.

먼저, 도 1을 참조하면, 석영 기판(11) 위에 크롬층(12)을 증착한 후 전자선 노광 공정과 식각 공정을 진행하여 크롬층(12)의 소정 부분을 선택적으로 제거한다. 따라서, 크롬층(12)이 제거된 부분은 초기 컨택 홀 영역(a)을 형성한다. 이 때의 초기 컨택 홀 영역(a)은 이후 형성될 림 영역(도 3 내지 도 5의 b)과 컨택 홀 영역(도 3 내지 도 5의 c)의 합과 같다. 이어서, 크롬층(12)이 형성된 석영 기판(11)의 전면에 질화막(13)을 증착한다. 후술하는 바와 같이, 질화막(13)은 크롬층(12)의 측벽에 스페이서를 형성하기 위한 희생막으로 사용된다. 따라서, 질화막(13)을 대신하여 석영 기판(11) 및 크롬층(12)과의 식각 선택비가 높은 다른 물질로 희생막을 형성하는 것도 가능하다.

이어서, 질화막(13)을 전면 식각(blanket etch)하여, 도 2에 도시된 바와 같이 크롬층(12)의 측벽에만 질화막 스페이서(13a, spacer)를 남긴다. 이 때, 석영 기판(11) 위에 남는 질화막을 완전히 제거하기 위하여 약간의 과도 식각(over etch)을 실시할 수 있다.

계속해서, 질화막 증착과 전면 식각을 반복 실시하여, 도 3에 도시된 바와같이 제2 질화막 스페이서(13b)를 형성한다. 이와 같이, 이중 스페이서(13a, 13b) 구조를 적용함으로써, 스페이서(13a, 13b)에 의하여 정해지는 림 영역(b, rim area)의 크기를 증가시킬 수 있다. 또한, 질화막의 증착 두께를 조절하면서 질화막의 증착/식각 과정을 반복함으로써 림 영역(b)의 정밀한 크기 조절이 가능하다.

이어서, 도 4에 도시된 바와 같이, 스페이서(13a, 13b) 외부로 노출된, 즉 컨택 홀 영역(c)의 석영 기판(11) 상부를 비등방성 식각(anisotropic etch)으로 제거한다. 따라서, 컨택 홀 영역(c)을 통과하는 빛은 위상이 180도 반전된다. 비등방성 식각이 진행되는 동안 질화막 스페이서(13a, 13b)가 식각 정지층(etch stop layer)의 역할을 수행하기 때문에 림 영역(b)은 식각되지 않는다. 이후, 노출된 크롬층(12)의 상부를 산화시켜 얇은 크롬 산화막(14)을 형성한다.

이어서, 도 5에 도시된 바와 같이 질화막 스페이서를 모두 제거하고, 도 6에 도시된 바와 같이 약간의 습식 식각을 진행하여 원하는 림 형태의 위상 반전 마스크(10)를 완성한다. 질화막 스페이서의 제거 공정에는 인산(H₃PO₄)이 사용되며, 이후 진행되는 습식 식각은 림 영역(b)의 크기를 줄이고 식각된 석영 기판(11)의 표면을 고르게 한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 위상 반전 마스크의 제조 방법은 한번의 전자선 노광 공정만을 이용하기 때문에, 두 번의 전자선 노광에 의한 중첩 정렬도의 문제와 그에 따른 림 영역의 임계치수 균일도의 문제가 발생하지 않는다. 또한, 전자선 노광시에 컨택 홀 영역과 림 영역을 합친 초기 컨택 홀 영역을 형성하므로 마스크의 임계치수 균일도가 향상된다. 또한, 질화막 등으로 형성되는 스페이서를 이용하여 림 영역의 크기를 조절하므로 정밀한 임계치수의 제어가 가능하다.

본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims (7)

1. 석영 기판 위에 크롬층을 증착하는 단계;

   초기 컨택 홀 영역을 형성하기 위하여 상기 크롬층의 소정 부분을 선택적으로 제거하는 단계;

   상기 석영 기판의 전면에 희생막을 증착한 후 전면 식각하여 상기 크롬층의 측벽에 제1 스페이서를 형성하는 단계;

   상기 희생막의 증착 및 전면 식각을 반복 실시하여 제2 스페이서를 형성하는 단계;

   상기 제1, 제2 스페이서의 외부로 노출된 상기 석영 기판의 컨택 홀 영역 상부를 비등방성 식각으로 제거하는 단계; 및

   상기 제1, 제2 스페이서를 제거하는 단계를 포함하며,

   상기 제1, 제2 스페이서에 의하여 정해지는 림 영역은 상기 제1, 제2 스페이서에 의하여 크기 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 크롬층의 선택적 제거 단계는 한번의 전자선 노광 공정과 식각 공정을 진행하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크의 제조 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 초기 컨택 홀 영역은 상기 림 영역과 상기 컨택 홀 영역의 합과 같은 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크의 제조 방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 희생막은 상기 석영 기판 및 상기 크롬층과의 식각 선택비가 높은 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크의 제조 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 희생막은 질화막인 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크의 제조 방법.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 비등방성 식각 단계 후, 상기 크롬층의 상부를 산화시켜 크롬 산화막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크의 제조 방법.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제1, 제2 스페이서의 제거 단계 후, 상기 림 영역의 크기를 줄이고 상기 식각된 석영 기판의 표면을 고르게 하기 위하여 습식 식각을 진행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 반전 마스크의 제조 방법.