KR20030096464A

KR20030096464A - 얼터네이팅 위상 반전 마스크의 제조방법

Info

Publication number: KR20030096464A
Application number: KR1020020032975A
Authority: KR
Inventors: 강명아; 신인균
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2002-06-12
Filing date: 2002-06-12
Publication date: 2003-12-31
Also published as: US20030232254A1; JP2004021256A; CN100440430C; KR100468735B1; JP4382386B2; CN1469431A; US7100322B2

Abstract

제조 공정 시간을 감축할 수 있는 얼터네이팅 위상 반전 마스크의 제조방법을 개시한다. 본 발명은, 180°위상 반전 영역을 먼저 형성한다음, 0°위상 영역을 형성한다. 이에따라, 180°위상 반전 영역을 형성하기 위한 멀티 스텝 식각시, 0°위상 영역을 차폐하기 위한 다수번의 포토리소그라피 공정이 배제된다. 그러므로, 제조 공정 시간을 크게 감축시킬 수 있다.

Description

얼터네이팅 위상 반전 마스크의 제조방법{Method for manufacturing alternating phase shift mask}

본 발명은 위상 반전 마스크의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 석영 기판을 일정 깊이만큼 식각함에 의하여 위상 반전시키는 얼터네이팅(alternating) 위상 반전 마스크의 제조방법에 관한 것이다.

일반적인 위상 반전 마스크(phase shift mask)는 포토레지스트막을 선택적으로 노광시키기 위한 고집적 반도체 소자의 레티클(reticle)로서, 마스크에서 빛의차단층과 투과층의 에지(edge) 부분의 위상이 "0"이 되도록 하는 역할을 한다.

여기서, 종래의 위상 반전 마스크로는 얼터네이팅 위상 반전 마스크와, 어테뉴에이트(attenuate) 위상 반전 마스크 두 종류가 있다. 얼터네이팅 위상 반전 마스크는 0°위상 영역과 180°위상 반전 영역을 포함하는데, 180°위상 반전 영역은 석영 기판을 소정 깊이만큼 식각함으로써 형성된다. 어테뉴에이트 위상 반전 마스크 역시 0°위상 영역과 180°위상 영역을 포함하는데, 180°위상 반전 영역은 위상 반전층을 배치함으로써 형성된다.

여기서, 도 1a 내지 도 1d를 참조하여, 종래의 얼터네이팅 위상 반전 마스크의 제조방법을 설명하기로 한다.

도 1a를 참조하여, 석영 기판(quartz:10) 상부에 차단층을 형성한다. 차단층상부에 공지의 포토리소그라피 공정에 의하여 포토레지스트 패턴(도시되지 않음)을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴의 형태로 차단층을 패터닝하여, 0°위상 영역(a) 및 180°위상 반전 영역(b)을 한정하는 차단 패턴(15)을 형성한다. 그후, 포토레지스트 패턴을 제거한다. 다음, 석영 기판(10) 상부에 포토레지스트막을 도포하고, 180°위상 반전 영역(b)이 노출되도록 포토레지스트막을 노광 및 현상하여, 포토레지스트 패턴(20)을 형성한다.

도 1b에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(20)에 의하여 노출된 석영 기판(10)을 예정된 깊이(전기장의 위상을 180°반전시킬 수 있는 깊이:d) 보다 얕은 깊이로 식각한다. 이때, 석영 기판(10)을 예정된 깊이(d)보다 얕은 깊이로 식각하는 것은 다음과 같은 이유에서이다. 차단 패턴(20)을 형성하기 위한 포토리소그라피 공정 및 식각 공정시, 석영 기판(10) 표면에 파티클이 발생될 수 있다. 이렇게 발생된 파티클을 제거하지 않은 상태에서, 180°위상 반전 영역을 형성하기 위하여 석영 기판(10)을 식각하게 되면, 파티클이 마스크로 작용하여 파티클 하부의 석영 기판(10)이 식각되지 않는다. 이러한 문제점을 해결하고자, 등방성 식각을 이용하는 방법이 제안되었으나, 등방성 식각 방법은 고집적 위상 반전 마스크에는 적용하기 어렵다. 이에따라, 종래에는 석영 기판(10)을 식각할때, 전체 깊이의 일부만을 식각한 후, 클리닝 공정에 의하여 파티클을 제거하고, 다시 석영 기판(10)을 재차 식각하는 멀티 스텝(multi-step) 식각 방식으로 석영 기판(10)을 비등방성 식각한다.

즉, 상술한 바와 같이, 포토레지스트 패턴(20)을 이용하여, 석영 기판(10)을 일정 깊이만큼 식각한다음, 포토레지스트 패턴(20)을 공지의 방식으로 제거한후, 파티클을 제거하기 위하여 석영 기판(10)의 결과물 표면을 클리닝한다.

도 1c에서와 같이, 다시 석영 기판(10) 상부에 180°위상 반전 영역(b)이 노출되도록 포토레지스트 패턴(25)을 공지의 포토리소그라피 공정에 의하여 형성한다. 포토레지스트 패턴(25)을 이용하여, 이미 일정 깊이만큼 식각된 180°위상 반전 영역(b)을 소정 깊이만큼 더 식각한다.

도 1d를 참조하여, 상기 포토레지스트 패턴(25)을 제거한다음, 석영 기판(10) 표면에 발생할 수 있는 파티클을 제거하기 위하여 클리닝 공정을 실시한다. 그후, 석영 기판(10)의 180°위상 영역(b)에 원하는 깊이(d)의 트렌치(30)가 형성될때까지 포토리소그라피 공정, 식각 공정 및 클리닝 공정을 반복 실시한다.

이때, 전기장을 180°위상 반전시킬 수 있는 트렌치(30)의 깊이(d)는 다음의 식으로 정의된다.

(수학식 1)

d=λ/2(n-1)

여기서 λ는 노광광의 파장을 나타내고, n은 석영 기판의 굴절율을 나타낸다. 이에따라, 노광광의 파장 및 석영 기판의 굴절율에 의하여 트렌치(30)의 깊이를 조절하게 된다.

그러나, 종래의 위상 반전 마스크는 0°위상 영역(a)을 먼저 형성한다음, 이후에 180°위상 반전 영역(b)을 멀티 스텝 식각 방식으로 형성하므로 인하여, 적어도 2번 이상의 포토리소그라피 공정, 식각 공정 및 클리닝 공정이 요구된다.

특히, 상기 포토리소그라피 공정은 도포, 노광, 경화 및 현상의 일련의 공정들로 이루어지므로, 한번의 포토리소그라피 공정을 진행하는데 적어도 1일 이상이 소요된다. 이에따라, 종래의 방법으로 위상 반전 마스크를 제조하게 되면, 다수번의 포토리소그라피 공정이 요구되어, 적어도 3일 내지 5일이 소요되므로, 제조 공정 시간이 매우 긴 단점이 있다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 제조 공정 시간을 감축할 수 있는 얼터네이팅 위상 반전 마스크의 제조방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 포토리소그라피 공정을 적어도 한번 이상 감축하여, 제조 공정 시간을 단축할 수 있는 얼터네이팅 위상 반전 마스크의 제조방법을 제공하는 것이다.

도 1a 내지 도 1d는 종래의 얼터네이팅 위상 반전 마스크의 제조방법을 설명하기 위한 각 공정별 단면도이다.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 얼터네이팅 위상 반전 마스크의 제조방법을 설명하기 위한 각 공정별 단면도이다.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

100 : 석영 기판 110 : 차단 패턴

120 : 트렌치 130 : 포토레지스트 패턴

본 발명의 목적과 더불어 그의 다른 목적 및 신규한 특징은, 본 명세서의 기재 및 첨부 도면에 의하여 명료해질 것이다.

상기한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은, 0°위상 영역 및 180°위상 영역을 갖는 얼터네이팅 위상 반전 마스크의 제조방법으로서, 먼저, 석영 기판상에 차단층을 형성하고, 상기 차단층 및 상기 석영 기판을 소정 깊이만큼 식각하여, 180°위상 반전 영역을 형성한다. 그 다음, 상기 차단층을 소정 부분 식각하여, 0°위상 영역을 형성한다.

상기 180°위상 반전 영역을 형성하는 단계는, 상기 차단층을 소정 부분 패터닝하는 단계와, 상기 패터닝된 차단층을 마스크로 이용하여 상기 석영 기판을 소정 깊이만큼 식각하는 단계, 그리고, 상기 노출된 석영 기판상에 발생될 수 있는 파티클을 제거하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 파티클을 제거하는 단계 이후에, 상기 석영 기판을 소정 깊이만큼 식각하는 단계 및 파티클을 제거하는 단계를 적어도 한번 반복 실시하는 단계를 추가로 포함한다.

상기 0°위상 영역을 형성하는 단계는, 상기 180°위상 반전 영역을 차폐한 채로, 상기 차단층을 소정 부분 식각하여, 0°위상 영역을 형성하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 먼저, 석영 기판상에 180°위상 영역 예정 부분이 노출되도록 차단 패턴을 형성한다. 그후, 상기 차단 패턴을 마스크로 하여, 노출된 석영 기판을 소정 깊이만큼 식각하고, 상기 석영 기판 결과물을클리닝한다. 그리고나서, 석영 기판을 식각하는 단계와 상기 클리닝 단계를 반복 수행하여, 트랜치 형상을 갖는 180°위상 영역을 형성한다. 그 다음, 차단 패턴 상부에 상기 180°위상 반전 영역을 차폐하면서, 0°위상 영역이 노출되도록 포토레지스트 패턴을 형성한다. 이어서, 상기 포토레지스트 패턴의 형태로 상기 차단 패턴을 식각하여 0°위상 영역을 형성한다음, 상기 포토레지스트 패턴을 제거한다.

상기 180°위상 영역의 트렌치 깊이(D)는 하기의 조건을 만족한다.

D=λ/2(n-1)

여기서, λ는 입사광의 파장, n은 석영 기판의 굴절율을 나타낸다.

(실시예)

이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다. 또한, 어떤 층이 다른 층 또는 반도체 기판의 "상"에 있다라고 기재되는 경우에, 어떤 층은 상기 다른 층 또는 반도체 기판에 직접 접촉하여 존재할 수 있고, 또는, 그 사이에 제 3의 층이 개재되어질 수 있다.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 얼터네이팅 위상 반전 마스크의 제조방법을 설명하기 위한 각 공정별 단면도이다.

먼저, 도 2a를 참조하여, 석영 기판(100)상에 차단층을 형성한다. 이때, 차단층으로는 입사광을 100% 차단하는 물질로서, 예를들어 크롬층(Cr)이 이용될 수 있다. 180°위상 반전 영역이 노출시키기 위하여, 상기 차단층 상부에 공지의 포토리소그라피 공정에 의하여, 포토레지스트 패턴(도시되지 않음)을 형성한다. 포토레지스트 패턴의 형태로 차단층을 식각하여, 180°위상 반전 영역을 한정하기 위한 차단 패턴(110)을 형성한다. 그후, 포토레지스트 패턴을 제거한다. 이때, 차단 패턴(110)은 180°위상 반전 영역(B)만을 한정한다.

다음, 도 2b에 도시된 바와 같이, 차단 패턴(110)을 마스크로 하여, 노출된 석영 기판(100)을 정하여진 깊이의 일부분만을 식각한다. 그후, 석영 기판(100) 결과물 표면에 발생할 수 있는 파티클을 제거하기 위하여 석영 기판(100)을 클리닝한다. 도면의 화살표는 클리닝 처리를 의미한다.

도 2c에서와 같이, 180°위상 반전 영역(B)이 형성되도록, 즉, 석영 기판(100)에 원하는 깊이(전기장을 180°위상 반전시킬 수 있는 깊이:D)의 트렌치(120)가 형성되도록, 석영 기판(100)을 식각하는 공정 및 석영 기판(100)을 클리닝하는공정을 적어도 1번 이상 반복 실시한다. 이때, 트렌치(120)의 깊이(D)는 상기 수학식 1을 만족하도록 설정된다. 여기서, 석영 기판(100)의 식각 공정 및 클리닝 공정시, 0°위상 영역이 한정되지 않았으므로, 0°위상 영역을 차폐하기 위한 포토레지스트 패턴을 각각의 식각 공정별로 형성할 필요가 없다. 그러므로, 상기 다수번의 포토리소그라피 공정이 요구되지 않는다.

그후, 0°위상 영역을 형성하기 위하여, 트렌치(120)가 형성된 석영 기판(100) 상부에 포토레지스트 패턴(130)을 형성한다.

다음, 도 2d에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(130)에 의하여 노출된 차단 패턴(110)만을 식각하여, 0°위상 영역(A)을 형성한다.

이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 180°위상 반전 영역을 먼저 형성한다음, 0°위상 영역을 형성한다. 이에따라, 180°위상 반전 영역을 형성하기 위한 멀티 스텝 식각 공정시, 0°위상 영역을 차폐하기 위한 다수번의 포토리소그라피 공정이 배제된다. 그러므로, 1일 이상 소요되던 포토리소그라피 공정이 적어도 1번 이상 배제되므로, 제조 공정 시간이 크게 감축되는 잇점이 있다.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형이 가능하다.

Claims

0°위상 영역 및 180°위상 영역을 갖는 얼터네이팅 위상 반전 마스크의 제조방법으로서,

(a)석영 기판상에 차단층을 형성하는 단계;

(b)상기 차단층 및 상기 석영 기판을 정하여진 깊이 만큼 식각하여, 180°위상 반전 영역을 형성하는 단계; 및

(c)상기 차단층을 소정 부분 식각하여, 0°위상 영역을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 얼터네이팅 위상 반전 마스크의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 180°위상 반전 영역을 형성하는 단계는,

상기 차단층을 소정 부분 패터닝하는 단계;

상기 패터닝된 차단층을 마스크로 이용하여 상기 석영 기판을 소정 깊이만큼 식각하는 단계; 및

상기 노출된 석영 기판상에 발생될 수 있는 파티클을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 얼터네이팅 위상 반전 마스크의 제조방법.
제 2 항에 있어서, 상기 파티클을 제거하는 단계 이후에,

상기 석영 기판을 소정 깊이만큼 식각하는 단계 및 파티클을 제거하는 단계를 적어도 한번 반복 실시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 얼터네이팅 위상 반전 마스크의 제조방법.
제 3 항에 있어서, 상기 180°위상 반전 영역에서 최종 식각 깊이(D)는 다음의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 얼터네이팅 위상 반전 마스크의 제조방법.

D=λ/2(n-1)

λ는 입사광의 파장, n은 석영 기판의 굴절
제 1 항에 있어서, 상기 0°위상 영역을 형성하는 단계는,

상기 0°위상 영역 예정 부분이 노출되도록, 상기 180°위상 반전 영역을 차폐시키는 단계;

노출된 차단층을 소정 부분 식각하여 0°위상 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 얼터네이팅 위상 반전 마스크의 제조방법.
(a)석영 기판상에 180°위상 영역 예정 부분이 노출되도록 차단 패턴을 형성하는 단계;

(b)상기 차단 패턴을 마스크로 하여, 노출된 석영 기판을 소정 깊이만큼 식각하는 단계;

(c)상기 석영 기판 결과물을 클리닝하는 단계;

(d)상기 (b)단계와 상기 (c)단계를 적어도 한번 반복 수행하여, 트랜치 형상을 갖는 180°위상 영역을 한정하는 단계;

(e)상기 차단 패턴 상부에 상기 180°위상 반전 영역을 차폐하면서, 0°위상 영역이 노출되도록 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;

(f) 상기 포토레지스트 패턴의 형태로 상기 차단 패턴을 식각하여, 0°위상 영역을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 얼터네이팅 위상 반전 마스크의 제조방법.
제 6 항에 있어서, 상기 (c) 단계에서,

상기 180°위상 영역의 트렌치 깊이(D)는 다음의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 얼터네이팅 위상 반전 마스크의 제조방법.

D=λ/2(n-1)

λ는 입사광의 파장, n은 석영 기판의 굴절율
제 6 항에 있어서, 상기 (f) 단계 이후에, 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 얼터네이팅 위상 반전 마스크의 제조방법.