KR20030056017A

KR20030056017A - Method for fabricating of Phase Shift Mask

Info

Publication number: KR20030056017A
Application number: KR1020010086169A
Authority: KR
Inventors: 최성진
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2001-12-27
Publication date: 2003-07-04

Abstract

PURPOSE: A method for manufacturing a phase shifting mask is provided to be capable of improving the accuracy of etching profile by exactly measuring the etched extent of the quartz used as a shift layer at the phase shifting mask. CONSTITUTION: After forming a chrome layer and the first resist pattern on a quartz substrate(11a), the chrome pattern(12a) is formed by selectively etching the chrome layer by using the first resist pattern as an etching mask. A phase shifting region is defined by using second resist layer formed on the resultant structure. At this time, the quartz substrate is partially exposed. A mask substrate is then completed by etching the exposed portion of the quartz substrate for a predetermined time. At this time, the etching time of the exposed quartz substrate is reset by comparing 0 degree portion with 180 degree portion of the mask substrate by using the density graph of an aerial image system.

Description

Method for fabricating a phase shift mask

본 발명은 마스크 제조 및 측정에 관한 것으로, 구체적으로 위상 반전 마스크에서 반전층으로 사용되는 석영(quartz)의 식각 정도를 정확하게 측정하여 식각 프로파일의 정밀성을 높인 위상 반전 마스크의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to mask manufacturing and measurement, and more particularly, to a method of manufacturing a phase reversal mask, which accurately measures the degree of etching of quartz used as an inversion layer in a phase reversal mask, thereby increasing the precision of an etching profile.

반도체 장치를 제조함에 있어서 기판에 특정 형태의 물질층 패턴을 형성하는 공정은 반도체장치의 고집적화에 따라 디자인룰이 엄격해져서 어려운 공정이 되고 있다.In manufacturing a semiconductor device, a process of forming a material layer pattern of a specific type on a substrate has become a difficult process due to strict design rules due to the high integration of semiconductor devices.

기판에 특정한 형태의 물질층 패턴을 형성하기 위해서는 선행되어야 할 것이 물질층을 원하는 패턴으로 형성하기 위해서 감광막 패턴을 형성해야 하는데 이를 위한 마스크를 형성하는 것이다. 이러한 목적의 마스크로는 투과조절용 마스크(Transmittance Controlled Mask;TCM)와 PSM이 있다.In order to form a material layer pattern having a specific shape on the substrate, the first step is to form a photoresist pattern in order to form the material layer in a desired pattern. Masks for this purpose include a transmission control mask (TCM) and a PSM.

TCM은 크롬(Cr)으로 패턴을 형성한 다음, 제2차 노광을 실시하여 실제로 노광량 조절이 필요한 영역을 오픈하여 다시 적당량의 얇은 크롬을 스퍼터링하여 광의 투과율을 조절한 마스크이고, PSM은 통상적인 마스크와 달리 투과율과 위상을 조절하여 위상반전을 일으키는 원리를 이용하는 마스크이다.TCM is a mask formed by patterning with chromium (Cr) and then subjected to the second exposure to actually open the area where the exposure amount needs to be adjusted, and then sputtering an appropriate amount of thin chromium to adjust the light transmittance, and PSM is a conventional mask. Unlike the mask that uses the principle of phase reversal by adjusting the transmittance and phase.

이러한 마스크를 형성한 후에는 마스크를 통해서 원하는 광 패턴이 형성되는 지 즉, 마스크가 제대로 형성되었는지를 조사해야 한다.After the mask is formed, it is necessary to investigate whether the desired light pattern is formed through the mask, that is, whether the mask is properly formed.

이중 PSM의 경우에는 PSM상에 형성된 투광 영역과 위상 반전영역 및 그 위에 형성된 위상반전을 일으키는 패턴을 통과하는 광을 측정하여 두 광 사이의 위상차를 확인하는 방법이 이용되고 있다.In the case of the dual PSM, a method of confirming a phase difference between the two lights by measuring light passing through a light transmission region and a phase inversion region formed on the PSM and a pattern causing phase inversion formed thereon is used.

PSM의 위상 쉬프트 측정 기술은 PSM의 신뢰성을 확보하는데 있어서 반드시 필요한 기술인데, PSM상에서 위상 쉬프트 각도의 오류가 발생되면 웨이퍼 노광에서 광세기를 상쇄시켜서 패턴 오류가 발생할 수 있기 때문이다.PSM's phase shift measurement technology is essential for securing PSM reliability because pattern error can be caused by canceling the light intensity during wafer exposure if a phase shift angle error occurs on the PSM.

반도체 분야에서 디자인 룰이 점점 미세화되면서 노광기 사용에 한계를 느끼면서 마스크를 이용한 해상력 향상을 도모하게 되었는데 그중 하나의 기술이 PSM 기술이다.As the design rules become more and more sophisticated in the semiconductor field, the use of an exposure machine is felt, and one of the technologies is PSM technology.

특히 라인 & 스페이스 패턴 부분에서 웨이퍼 포토 해상력을 높일수 있는 방안으로 검토되고 있는 기술중 하나이나 마스크 제작의 어려움으로 양산화가 어려운 기술이다.In particular, it is one of the technologies being considered as a way to increase the resolution of wafer photo in the line & space pattern part, but it is difficult to mass-produce due to the difficulty of making a mask.

특히 반전층으로 사용되는 석영(quartz) 에치시 에치 깊이가 180deg 위상반전을 일으키는 것으로 식각 깊이가 아주 중요한 팩터이다.In particular, the etching depth is a very important factor because the etch depth causes 180deg phase reversal during the quartz etching used as the inversion layer.

통상적으로 식각 깊이가 정상 석영 대비 약 2440Å를 에치시 180deg의 위상반전을 일으키게 되는데 이때 에치 깊이의 정확성 유무를 확인하고 식각 타임(etch time)을 설정하는데 많은 어려움이 있다.In general, when the etching depth etches about 2440Å compared to the normal quartz, phase inversion of 180 deg occurs. At this time, it is difficult to check the accuracy of the etching depth and to set the etching time.

그러나 이와 같은 종래 기술의 위상 반전 마스크의 제조 공정은 다음과 같은 문제가 있다.However, the manufacturing process of such a phase inversion mask of the prior art has the following problems.

종래 기술에서는 마스크 숍에서 실제 웨이퍼 패터닝이 어떻게 되는지를 확인할 수 없기 때문에 이론적으로 나와 있는 180deg 위상반전이 필요한 quartz 에치 broken하여 SEM으로 확인하는 방법을 사용하였으나 측정오차가 50Å이상 발생함에따라 정확한 quartz 에치 두께를 확인할 수 없는 문제가 있다.In the prior art, since the mask shop cannot confirm the actual wafer patterning, the method used to verify the SEM with broken quartz etch that requires 180deg phase reversal, which is theoretically shown, is accurate quartz etch thickness as the measurement error occurs more than 50Å. There is a problem that cannot be confirmed.

또 다른 방법으로는 웨이퍼를 이용한 패턴닝 테스트를 하는 방법이지만 시간이 오래 걸리고 마스크 공정에 웨이퍼 데이터를 피드백(feed back)하는데 어려움이 있다.Another method is a patterning test using a wafer, but it takes a long time and has difficulty in feeding back wafer data to a mask process.

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 위상 반전 마스크의 제조 공정의 문제를 해결하기 위한 것으로, 위상 반전 마스크에서 반전층으로 사용되는 석영(quartz)의 식각 정도를 정확하게 측정하여 식각 프로파일의 정밀성을 높인 위상 반전 마스크의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to solve the problem of the manufacturing process of the conventional phase reversal mask, the phase reversal to improve the precision of the etching profile by accurately measuring the etching degree of the quartz (quartz) used as the inversion layer in the phase reversal mask It is for providing a manufacturing method of a mask.

도 1a내지 도 1j는 본 발명에 따른 위상 반전 마스크의 제조를 위한 공정 단면도1A to 1J are cross-sectional views of a process for manufacturing a phase inversion mask according to the present invention.

도 2a와 도 2b는 본 발명에 따른 위상 반전 마스크의 식각면 거칠기 측정을 위한 단면사진2A and 2B are cross-sectional photographs for measuring etch surface roughness of a phase reversal mask according to the present invention.

도 2c는 본 발명에 따른 위상 반전 마스크의 식각 높이를 측정하기 위한 포커싱 상태도2C is a focusing state diagram for measuring an etching height of a phase inversion mask according to the present invention;

도 2d는 본 발명에 따른 위상 반전 마스크의 식각 밀도를 나타낸 그래프2d is a graph showing the etching density of the phase inversion mask according to the present invention

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

11. 석영 기판 12. 크롬층11. Quartz substrate 12. Chrome layer

13. 제 1 레지스트 14. 제 2 레지스트13. First Resist 14. Second Resist

15. 표면반사방지막15. Anti-reflective coating

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 위상 반전 마스크의 제조 방법은 석영 기판상에 크롬층,제 1 레지스트 패턴층을 형성하고 이를 이용하여 상기 크롬층을 식각하는 단계; 전면에 화학 증폭형의 제 2 레지스트을 도포하고 선택적으로 패터닝하여 위상 반전 영역을 정의하는 단계; 노출된 석영 기판을 일정한 식각시간 동안 식각하여 위상 반전 영역을 갖는 마스크 기판을 형성하되, 노출된 석영기판을 식각하기 위한 일정한 식각시간을 마스크 기판을 AIMS(Aerial Image System)의 밀도 그래프를 이용해서 0deg 부분과 180deg 부분을 비교함으로써 0deg 부분을 기준으로 식각된 부분의 밀도차를 확인후 재설정하는 단계를 포함하는 것을특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a phase reversal mask, including forming a chromium layer and a first resist pattern layer on a quartz substrate and etching the chromium layer using the chromium layer; Applying a chemically amplified second resist to the front surface and selectively patterning the same to define a phase inversion region; The exposed quartz substrate is etched for a certain etching time to form a mask substrate having a phase reversal region, and the etching substrate is subjected to a constant etching time for etching the exposed quartz substrate using a density graph of AIMS (Aerial Image System). By comparing the portion and the 180deg portion, characterized in that it comprises the step of resetting after confirming the density difference of the portion etched based on the 0deg portion.

이하에서 본 발명에 따른 위상 반전 마스크의 제조에 관하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the manufacturing of the phase inversion mask according to the present invention will be described in detail.

도 1a내지 도 1j는 본 발명에 따른 위상 반전 마스크의 제조를 위한 공정 단면도이다.1A to 1J are cross-sectional views of a process for manufacturing a phase inversion mask according to the present invention.

그리고 도 2a와 도 2b는 본 발명에 따른 위상 반전 마스크의 식각면 거칠기 측정을 위한 단면사진이고, 도 2c는 본 발명에 따른 위상 반전 마스크의 식각 높이를 측정하기 위한 포커싱 상태도이고, 도 2d는 본 발명에 따른 위상 반전 마스크의 식각 밀도를 나타낸 그래프이다.2A and 2B are cross-sectional photographs for measuring the etch plane roughness of the phase reversal mask according to the present invention, and FIG. 2C is a focusing state diagram for measuring the etching height of the phase reversal mask according to the present invention, and FIG. A graph showing the etching density of the phase reversal mask according to the invention.

본 발명은 정확한 180deg 구현을 위해 AIMS(Aerial Image System)의 밀도(intensity)를 이용하여 정확한 에치 깊이를 파악 및 검증하기 위한 것이다.The present invention is to determine and verify the correct etch depth by using the density (AItens) of the AIMS (Aerial Image System) for accurate 180deg implementation.

얼터네이티브(Alternative) PSM중 석영 에치 타입 PSM의 경우, 0deg 부분과 에치된 180deg 부의 석영을 통과한 빛이 실제 웨이퍼에서는 위상반전이 되어 해상력을 높이는 역할을 해야한다.In the case of the quartz etch type PSM in the alternative PSM, the light passing through the 0deg portion and the 180deg portion of the etched quartz must be inverted in phase in the actual wafer to increase resolution.

따라서 180deg의 위상이 정확하게 되는 석영 식각 깊이를 찾아야 하는 것이 중요한 기술이다.Therefore, it is important to find the quartz etch depth that is accurate to 180deg phase.

먼저, 위상 반전 마스크의 제조 공정은 도 1a에서와 같이, 석영 기판(11)상에 크롬층(12)을 형성하고 전면에 제 1 레지스트(13)층을 형성한다.First, in the manufacturing process of the phase inversion mask, as shown in FIG. 1A, the chromium layer 12 is formed on the quartz substrate 11 and the first resist 13 layer is formed on the entire surface.

상기 크롬층(12)은 Cr + CrOx층으로 900 ~ 1000Å의 두께로 형성한다.The chromium layer 12 is a Cr + CrOx layer is formed to a thickness of 900 ~ 1000Å.

그리고 도 1b에서와 같이, E 빔 노광 장비를 사용하여 상기 제 1 레지스트(13)층을 선택적으로 노광한다.As shown in FIG. 1B, the first resist 13 layer is selectively exposed using an E-beam exposure apparatus.

이어, 도 1c에서와 같이, 상기 선택적으로 노광된 제 1 레지스트(13)층을 현상하여 오픈 영역을 갖는 제 1 레지스트 패턴층(13a)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 1C, the selectively exposed first resist layer 13 is developed to form a first resist pattern layer 13a having an open area.

그리고 도 1d에서와 같이, 제 1 레지스트 패턴층(13a)을 이용하여 노출된 크롬층(12)을 선택적으로 식각하여 크롬 패턴층(12a)을 형성한다.As illustrated in FIG. 1D, the exposed chromium layer 12 is selectively etched using the first resist pattern layer 13a to form the chromium pattern layer 12a.

이어, 도 1e에서와 같이, 상기 제 1 레지스트 패턴층(13a)을 O₂애싱 공정으로 제거하고 도 1f에서와 같이, 전면에 화학 증폭형의 제 2 레지스트(14)을 도포한다.Subsequently, as shown in FIG. 1E, the first resist pattern layer 13a is removed by an O ₂ ashing process, and as shown in FIG. 1F, a chemically amplified second resist 14 is applied to the entire surface.

그리고 도 1g에서와 같이, 후속되는 식각 공정에서의 식각 프로파일을 정확히 유지하기 위하여 표면 반사 방지막(15)을 형성한다.As shown in FIG. 1G, the surface anti-reflection film 15 is formed to accurately maintain the etching profile in the subsequent etching process.

이어, 도 1h에서와 같이, 제 2 레지스트(14)를 선택적으로 패터닝하여 위상 반전 영역(석영 기판이 식각되는 부분)을 정의한다.Next, as shown in FIG. 1H, the second resist 14 is selectively patterned to define a phase inversion region (a portion where the quartz substrate is etched).

그리고 도 1i에서와 같이, 노출된 석영 기판(11)을 식각하여 위상 반전 영역을 갖는 기판(11a)을 형성하고 도 1j에서와 같이 상기 제 2 레지스트 패턴층(14a)을 제거하여 위상 반전 마스크를 완성한다.As shown in FIG. 1I, the exposed quartz substrate 11 is etched to form a substrate 11a having a phase inversion region, and the second resist pattern layer 14a is removed to remove a phase inversion mask as shown in FIG. 1J. Complete

본 발명은 이와 같이 석영 식각이 완료된 마스크 기판을 AIMS의 밀도 그래프(intensity graph)를 이용해서 0deg 부분(도 2의 (가)부분)과 180deg 부분(도 2의 (나)부분)을 비교함으로써 0deg 부분을 기준으로 에치된 부분의 밀도차를확인후 식각시간을 재설정한다.The present invention compares the 0deg part of the mask substrate on which quartz etching is completed with the 0deg part ((a) part of FIG. 2) and the 180deg part ((b) part of FIG. 2) by using an intensity graph of AIMS. After checking the density difference between the parts etched on the basis of the parts, reset the etching time.

도 2에서 (나) 부분은 크롬 패턴층이 있는 부분이다.In FIG. 2, part (b) is a part having a chrome pattern layer.

이때 AIMS상의 포커스 스텝(focus step)을 세분화함으로써 오버/언더 에치를 구분함으로써 정확한 180deg 위상반전 두께를 설정한다.At this time, by accurately subdividing the focus step on the AIMS, the accurate 180deg phase inversion thickness is set by distinguishing the over / under etch.

본 방법은 마스크의 데미지(damage)없이 기존 DRAM 뿐만 아니라 로딩 효과(loading effect)의 영향이 큰 로직 디바이스의 경우 다양한 부분에 대해서 빠르게 석영 에치 상태를 확인할 수 있다.The method can quickly check the quartz etch state for various parts of a logic device having a large effect of a loading effect as well as a conventional DRAM without damaging a mask.

도 2c에서 왼쪽 부분은 정확하게 포커싱된 것을 나타내고, 오른쪽 부분은 식각이 정확하게 이루어지지 않아 디포커싱된 것을 나타낸다.In FIG. 2C, the left part shows the correct focusing, and the right part shows the defocusing because the etching is not performed correctly.

AIMS 밀도 그래프 확인시 0deg 부분과 180deg 부분의 밀도 그래프의 높이 및 포커스 스텝(focus step)별 높이가 동일한 경우에는 석영이 정확한 높이로 식각된 것으로 판단한다.When the AIMS density graph is checked, if the heights of the density graphs of the 0deg part and the 180deg part and the height of each focus step are the same, it is determined that the quartz is etched to the correct height.

이와 같은 본 발명에 따른 위상 반전 마스크의 제조 방법은 다음과 같은 효과가 있다.Such a method of manufacturing a phase reversal mask according to the present invention has the following effects.

마스크 제작중 정확한 확인이 가능하며 특히 AIMS의 밀도 그래프(intensity graph)를 이용한 석영 에치 상태를 확인과 동시에 석영의 에치 타임의 정확한 조정이 가능하다.It is possible to check the mask accurately during fabrication. Especially, it is possible to check the quartz etch state using AIMS intensity graph and to precisely adjust the etch time of quartz.

또한, 본 발명에 따른 마스크를 이용한 웨이퍼 평가 결과를 토대로 시뮬레이션 조건을 웨이퍼와 동일 조건으로 설정함에 따라 빠르게 마스크 숍에서 공정을 설정하는 것이 가능하다.In addition, it is possible to quickly set the process in the mask shop by setting the simulation condition to the same condition as the wafer based on the wafer evaluation result using the mask according to the present invention.

Claims

Forming a chromium layer and a first resist pattern layer on a quartz substrate and etching the chromium layer using the chromium layer;

Applying a chemically amplified second resist to the front surface and selectively patterning the same to define a phase inversion region;

The exposed quartz substrate is etched for a certain etching time to form a mask substrate having a phase inversion region, and the mask substrate is used as a constant etching time for etching the exposed quartz substrate using the density graph of AIMS (Aerial Image System). Comparing the 0deg part with the 180deg part and resetting the density difference between the etched parts based on the 0deg part

Method of manufacturing a phase reversal mask comprising a.

The method of manufacturing a phase inversion mask according to claim 1, wherein the chromium layer is formed of a Cr + CrOx layer at a thickness of 900 to 1000 kPa.

The method of claim 1, wherein after the chromium layer is etched, the first resist pattern layer is removed by an O ₂ ashing process.

The method of manufacturing a phase reversal mask according to claim 1, wherein a surface antireflection film is formed on the surface of the second resist before proceeding with the patterning process of the second resist.