KR20040013728A - Method for Manufacturing Phase-shifting Mask of Levenson Type - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 포토마스크 제조방법에 관한 것으로, 특히 크롬 반사방지막의 손실을 최소화하며 석영기판을 식각하여 위상 반전층을 형성하는 레벤슨형(Levenson Type) 위상반전마스크 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a photomask, and more particularly, to a method of manufacturing a Levenson type phase inversion mask which minimizes loss of a chromium antireflection film and forms a phase inversion layer by etching a quartz substrate.
최근의 반도체 장치의 고집적화, 고밀도화 추세에 따라서 보다 더 미세한 패턴을 형성하기 위한 방법은 크게 세 가지로 구분할 수 있다. 그 첫째가 노광장비의 개선이고 둘째가 감광제의 개선이며, 세 번째가 마스크의 개선이다. 이중에서 기존의 포토 마스크 구조를 개선함으로써 보다 높은 해상력을 얻고 공정의 안정을 추구하려는 마스크 차원의 개선 방법 중의 하나가 위상반전마스크(Phase Shift Mask)이다.According to the recent trend toward higher integration and higher density of semiconductor devices, there are three methods for forming finer patterns. The first is the improvement of exposure equipment, the second is the improvement of photoresist, and the third is the improvement of mask. Among these, a phase shift mask is one of the mask-based improvement methods to obtain higher resolution and improve process stability by improving the existing photo mask structure.
마스크의 투과 부분의 일부에 위상 반전영역을 배치하여 이 부분의 식각 두께를 조절함으로써 해상력을 높이고자 하는 것이다. 이와 같은 위상반전마스크는 위상 반전층을 배치하는 방법 및 위상 반전층의 배치하고자 하는 의도에 따라 여러 가지 방법으로 나뉘어 지고, 또 형성하고자 하는 패턴에 따라 그 방법의 적용성 여부 및 적용효과가 각기 다르게 나타나는 복잡한 형태로 구성되어 있다.It is intended to increase the resolution by arranging a phase reversal area on a part of the transmissive part of the mask to adjust the etching thickness of this part. The phase inversion mask is divided into various methods according to the method of arranging the phase inversion layer and the intention of arranging the phase inversion layer, and the applicability and application effect of the method are different depending on the pattern to be formed. It is composed of complex shapes that appear.
빛이 마스크를 통과할 때 위상반전부위를 투과한 빛과 위상반전부위가 없는 부위를 투과한 빛은 서로 다른 광학 경로(Optical Path)를 거치게 되고 따라서 두 빛 사이에 이웃한 개구부로부터 조사되는 빛의 위상을 180°반전시켜주면 사이에 낀 차광 부분의 광 강도가 0이 된다.When light passes through the mask, the light that passes through the phase-inverted portion and the light that passes through the region without the phase-inverted portion pass through different optical paths, and thus the light emitted from the adjacent opening between the two lights. When the phase is reversed by 180 °, the light intensity of the light shielding portion sandwiched between them becomes zero.
이 때 발생하는 위상차(ΔΦ)는 광원의 파장(λ), 위상 반전영역(shifter)의굴절률(n) 및 두께(d)는 아래 [수학식1]과 관계가 있다.The phase difference [Delta] [phi] generated at this time is the wavelength [lambda] of the light source, the refractive index n and the thickness d of the phase inversion region (shifter) are related to Equation 1 below.
위의 [수학식1]로부터 위상반전층의 두께(d)를 조절하여 빛의 위상을 반전시킬 수 있다. 이 원리는 일반적으로 알려진 위상반전마스크 기술과 같이 인접 패턴의 광 위상차 180°가 되도록 하여 해상도 및 초점심도를 개선하는 것이다.From Equation 1, the phase of the light may be reversed by adjusting the thickness d of the phase inversion layer. This principle is to improve the resolution and depth of focus by making the optical phase difference of the adjacent pattern 180 °, as in the known phase inversion mask technique.
이러한 위상반전마스크는 종래의 다른 미세 패턴 형성 방법과는 달리 기존 조명계의 변화 없이 마스크만을 변형하여 사용하므로 경제적이며, 또한 마스크 제조방법의 변경만으로 빛의 회절을 역이용하여 분해능을 향상할 수 있는 장점이 있다.Unlike other conventional micro pattern formation methods, such a phase inversion mask is economical because only the mask is modified without changing the existing illumination system, and the advantage of improving the resolution by using the diffraction of light by only changing the mask manufacturing method is improved. have.
일반적인 위상반전마스크는 석영 식각형 위상반전마스크이다.A general phase inversion mask is a quartz etched phase inversion mask.
일반적인 석영 식각형 위상반전마스크는 마스크의 원판으로서 석영 유리판을 사용하여 유리판위에 불투명한 얇은 크롬(Cr)막을 형성한다. 상기 크롬막 상에 전자빔(Electron Beam)에 노광되는 물질인 포토레지스트(Photo Resist)를 스핀 코팅법에 의해 도포하는 포토 레지스트막을 형성한다.A common quartz etched phase inversion mask uses a quartz glass plate as a mask to form an opaque thin chromium (Cr) film on the glass plate. A photoresist film is formed on the chromium film by applying a spin coating method to a photoresist, which is a material exposed to an electron beam.
다음에, 자외선을 주사시켜 포토 레지스트막을 노광시킨 후 노광된 레지스트막은 현상액을 사용하여 현상시켜 레지스트 패턴을 형성한다. 상기 레지스트 패턴을 에칭 마스크로 사용하여 상기 레지스트가 제거된 부분의 크롬막과 석영유리판을적당한 깊이로 이방성 식각 방법에 의하여 추가 트렌치 형상을 갖도록 식각한다. 이어서, 잔류하는 포토레지스트 패턴을 스트립핑하여 제거함으로써 위상반전마스크를 완성한다.Next, after exposing the photoresist film by scanning ultraviolet rays, the exposed resist film is developed using a developer to form a resist pattern. Using the resist pattern as an etching mask, the chromium film and the quartz glass plate of the portion where the resist is removed are etched to have an additional trench shape by an anisotropic etching method at an appropriate depth. Then, the phase inversion mask is completed by stripping and removing the remaining photoresist pattern.
상기 언급한 위상 반전마스크들은 마스크 상에서는 위상이 180°인 부분과 0°인 부분 사이에서 광 강도 차이 현상에 따른 임계 크기 차이(CD)와 위상변이 영역에서 잔유물이 발생한다. 이러한 임계 크기 차이 및 잔유물 발생을 해결하고자 사용하는 가장 일반적인 방법으로 적당량의 위상 반전영역과 위상 비 반전영역에 적당량의 추가 트렌치을 형성시킴으로써 노광 공정시 크롬패턴이 보호막 역할을 하여 홈의 측벽으로부터 유발되는 스캐터링현상을 방지함으로써 균일한 광 강도 프로파일을 갖추어 반도체 기판에 균일한 선폭의 패턴을 형성할 수 있으며 감광막 잔유물의 발생을 방지할 수 있게 된다.The above-mentioned phase inversion masks generate residues in the phase shift region and the critical magnitude difference (CD) according to the light intensity difference phenomenon between the 180 ° phase and the 0 ° portion on the mask. The most common method used to solve such critical size difference and residue generation is to form an appropriate amount of additional trenches in an appropriate amount of phase inversion region and phase non-inversion region so that the chromium pattern acts as a protective film during the exposure process and causes the By preventing the catering phenomenon, it is possible to form a uniform line width pattern on the semiconductor substrate by providing a uniform light intensity profile and to prevent generation of photoresist residue.
도 1a 내지 도 1e는 종래의 레벤슨형 위상반전마스크의 제조방법을 나타낸 단면도이다.1A to 1E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a conventional Levenson type phase shift mask.
먼저, 도 1a에 나타낸 바와 같이 석영기판(10) 전면에 크롬층(11)을 증착하고, 크롬층(11) 전면에 크롬 반사방지막(12)인 몰리브데늄 옥시 나이트라이드막(MoSiON)을 증착한 후 포토레지스트(13)를 형성한다.First, as shown in FIG. 1A, a chromium layer 11 is deposited on the entire surface of the quartz substrate 10, and a molybdenum oxy nitride film (MoSiON), which is a chromium antireflection film 12, is deposited on the entire chromium layer 11. After that, the photoresist 13 is formed.
이어서, 도 1b에 나타낸 바와 같이 포토레지스트(13)를 노광하고 현상하여 패턴을 형성하고 포토레지스트(13) 패턴을 식각 마스크로 사용하여 크롬 반사방지막(12)과 크롬층(11)을 프루오린계 가스인 CF4,SF4,또는CHF3가스에 O2,He 및 Cl2가스를 첨가하여 플라즈마 건식식각방법으로 식각하여 석영기판(10)을 노출시킨 후 포토레지스트(13) 패턴을 황산으로 제거한다.Subsequently, as shown in FIG. 1B, the photoresist 13 is exposed and developed to form a pattern, and the chromium antireflection film 12 and the chromium layer 11 are pluorine-based using the photoresist 13 pattern as an etching mask. O 2, He and Cl 2 gas were added to CF 4, SF 4, or CHF 3 gas, which was etched by plasma dry etching to expose the quartz substrate 10, and then the photoresist 13 pattern was removed with sulfuric acid. do.
다음에, 도 1c에 나타낸 바와 같이 석영기판(10)을 선택적으로 제거하기 위하여 노출된 석영기판(11) 및 크롬 반사방지막(12) 전면에 포토레지스트(14)를 형성하고, 포토레지스트(14)를 노광하고 현상하여 패턴을 형성한다.Next, as shown in FIG. 1C, a photoresist 14 is formed on the entire surface of the exposed quartz substrate 11 and the chromium antireflection film 12 to selectively remove the quartz substrate 10, and then the photoresist 14 is formed. Is exposed and developed to form a pattern.
이어서, 도 1d에 나타낸 바와 같이 포토레지스트(14) 패턴과 크롬층(11)을 식각 마스크로 사용하여 노출된 석영기판(10)을 프루오린계 가스인 CF4,SF4,또는CHF3로 이루어진 군 중 선택적인 어느 하나를 사용하여 건식식각하여 트렌치 구조의 위상 반전영역(16)을 형성한다. 이때 건식식각의 특성상 크롬 반사방지막(12)과 크롬층(11)의 손실부분(15)이 발생한다.Subsequently, as shown in FIG. 1D, the exposed quartz substrate 10 using the photoresist 14 pattern and the chromium layer 11 as an etching mask is composed of CF 4, SF 4, or CHF 3 , which is a fluorine-based gas. Dry etching is performed using any one of the group to form the phase inversion region 16 of the trench structure. At this time, the loss part 15 of the chromium antireflection film 12 and the chromium layer 11 is generated due to the characteristics of the dry etching.
이어서, 도 1e에 나타낸 바와 같이 포토레지스트(14) 패턴을 황산으로 제거시키고, 크롬층(11) 패턴을 식각 마스크로 사용하여 노출된 석영기판(10)을 프루오린계 가스인 CF4,SF4,또는CHF3로 이루어진 군 중 선택적인 어느 하나를 사용하여 건식식각하여 트렌치 구조의 위상 비 반전영역(17)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 1E, the photoresist 14 pattern is removed with sulfuric acid, and the exposed quartz substrate 10 using the chromium layer 11 pattern as an etching mask is used as a fluorine-based gas, CF 4 or SF 4. , Or dry etching using any one selected from the group consisting of CHF 3 to form a phase ratio inversion region 17 of the trench structure.
여기서, 건식식각방법을 이용하여 위상 반전영역 영역을 형성하는 경우 건식식각법의 특성상 이온가속에 의한 스퍼터링 현상을 피할 수 없어 크롬 차광막의 임계 크기 변화 및 반사방지막이 손실이 발생한다.Here, in the case of forming the phase inversion region region by using the dry etching method, sputtering phenomenon due to ion acceleration cannot be avoided due to the characteristics of the dry etching method, so that the critical size change of the chromium light shielding film and the antireflection film are lost.
차광막의 임계크기의 변화는 웨이퍼 노광시 인접 패턴간의 임계 크기 차이를 유발하며 크롬 반사방지막의 손실은 포토 마스크의 검사시 불량으로 인식되어 마스크의 검사가 불가능하다. 또한, 플라즈마에 의해 석영기판 표면이 거칠어져 해상도를 떨어뜨리는 원인으로 작용한다.The change in the threshold size of the light shielding film causes a difference in the critical size between adjacent patterns during wafer exposure, and the loss of the chromium antireflection film is recognized as a defect in the inspection of the photomask, and thus the inspection of the mask is impossible. In addition, the surface of the quartz substrate is roughened by the plasma, which causes a decrease in resolution.
이러한 크롬 반전층의 손실 및 거칠기 없는 석영기판을 확보하기 위하여 여러 가지 방법이 제시되고 있으나, 특별한 해결책을 제시하지 못하고 있다.In order to secure a quartz substrate without loss and roughness of the chromium inversion layer, various methods have been proposed, but no special solution has been proposed.
상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 위상반전층 식각시 발생할 수 있는 크롬 반사방지막 손실 방지 및 거칠기 없는 석영기판을 확보를 위한 레벤슨형 위상반전마스크를 제조하는데 있다.An object of the present invention devised to solve the above problems of the prior art is to manufacture a Levenson type phase shift mask for preventing the loss of chromium antireflection film and securing a quartz substrate without roughness that may occur during the phase shift layer etching.
도 1a 내지 도 1e는 종래의 레벤슨형 위상반전마스크 제조방법을 나타낸 단면도.Figure 1a to 1e is a cross-sectional view showing a conventional Levenson type phase inversion mask manufacturing method.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 제1실시예에 따른 레벤슨형 위상반전마스크 제조방법을 나타낸 단면도.2A to 2E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a Levenson type phase shift mask according to a first embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 레벤슨형 위상반전마스크 제조방법을 나타낸 단면도.3 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing method of a Levenson type phase inversion mask according to a second embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
20 : 석영기판21 : 크롬층20: quartz substrate 21: chrome layer
22 : 크롬 반사방지막23 : 제1포토레지스트22 chrome antireflection film 23 first photoresist
24 : 제2포토레지스터25 : 위상 반전영역24: second photoresist 25: phase inversion area
26 : 위상 비 반전영역26: phase ratio inversion area
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레벤스형 위상반전마스크 제조방법은 석영기판에 크롬층과 크롬 반사방지막을 증착하는 제1단계와, 제1포토레지스트 패턴을 형성하고 크롬 반사방지막과 크롬층을 식각하는 제2단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 제거한 후 석영기판 및 크롬 반사방지막 전면에 제2포토레지스트 패턴을 형성하는 제3단계와, 상기 석영기판을 기상식각하여 위상 반전영역을 형성하는 제4단계, 및 상기 제2포토레지스터를 제거하고 상기 석영기판을 기상식각하여 위상 비 반전영역을 형성하는 제5단계로 이루어짐을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the method of manufacturing a Revens type phase inversion mask according to the present invention includes a first step of depositing a chromium layer and a chromium antireflection film on a quartz substrate, forming a first photoresist pattern, and forming a chromium antireflection film and a chromium layer. A second step of etching, a third step of forming a second photoresist pattern on the entire surface of the quartz substrate and the chromium anti-reflective film after removing the photoresist pattern, and a fourth step of forming a phase inversion region by vapor phase etching the quartz substrate And a fifth step of removing the second photoresist and vapor phase etching the quartz substrate to form a phase non-inverting region.
이하 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 제1실시예에 따른 레벤슨형 위상반전마스크의제조방법을 나타낸 단면도이다.2A to 2E are cross-sectional views illustrating a manufacturing method of a Levenson type phase shift mask according to the first embodiment of the present invention.
먼저, 도 2a에 나타낸 바와 같이 석영기판(20) 전면에 크롬층(21)을 증착하고, 크롬층(21) 전면에 크롬 반사방지막(22)인 몰리브데늄 옥시 나이트라이드막(MoSiON)을 증착한 후 제1포토레지스트(23)를 형성한다.First, as shown in FIG. 2A, a chromium layer 21 is deposited on the entire surface of the quartz substrate 20, and a molybdenum oxy nitride film (MoSiON), which is a chromium antireflection film 22, is deposited on the entire surface of the chromium layer 21. After that, the first photoresist 23 is formed.
이어서, 도 2b에 나타낸 바와 같이 제1포토레지스트(23)를 노광하고 현상하여 패턴을 형성하고, 제1포토레지스트(23) 패턴을 식각 마스크로 사용하여 노출된 크롬 반사방지막(22)과 크롬(21)을 프루오린계 가스인 CF4,SF4,또는CHF3가스에 O2,He 및 Cl2가스를 첨가하여 건식식각방법으로 식각하여 석영기판(20)을 노출시킨 후 제1포토레지스트(23) 패턴을 황산으로 제거시킨다.Subsequently, as shown in FIG. 2B, the first photoresist 23 is exposed and developed to form a pattern, and the exposed chromium antireflection film 22 and chromium (using the first photoresist 23 pattern as an etching mask) are formed. 21) after exposing the fruit cut out based gas of CF 4, SF 4, or O 2, He, and Cl 2 quartz substrate (20 is etched by the dry etching method, a gas is added) to the CHF 3 gas first photoresist ( 23) The pattern is removed with sulfuric acid.
다음에, 도 2c에 나타낸 바와 같이 석영기판(20)을 선택적으로 제거하기 위하여 노출된 석영기판(21) 및 크롬 반사방지막(22) 전면에 제2포토레지스트(24)를 형성하고, 제2포토레지스트(24)를 노광하고 현상하여 패턴을 형성한다.Next, as shown in FIG. 2C, a second photoresist 24 is formed on the entire surface of the exposed quartz substrate 21 and the chromium antireflection film 22 to selectively remove the quartz substrate 20. The resist 24 is exposed and developed to form a pattern.
이어서, 도 2d에 나타낸 바와 같이 제2포토레지스트(24) 패턴과 크롬층(21)을 식각 마스크로 사용하여 노출된 석영기판(20)을 무수(anhydrous) HF 또는 BHF와 메탄올(CH3OH)을 사용하는 기상(gas phase)식각방법으로 식각하여 트렌치 구조의 위상 반전영역(25)을 형성한다. 이때 기상식각의 특성상 크롬 반사방지막(22)과 크롬층(21)의 손실이 발생하지 않는다.Subsequently, as shown in FIG. 2D, the exposed quartz substrate 20 using the second photoresist 24 pattern and the chromium layer 21 as an etching mask is anhydrous HF or BHF and methanol (CH 3 OH). Etching is performed by using a gas phase etching method to form a phase inversion region 25 of the trench structure. At this time, the loss of the chromium antireflection film 22 and the chromium layer 21 does not occur due to the nature of the vapor phase etching.
이어서, 도 2e에 나타낸 바와 같이 제2포토레지스트(24) 패턴을 황산에 제거시킨 후 크롬층(21) 패턴을 식각 마스크로 사용하여 노출된 석영기판(20)을무수(anhydrous) HF 또는 BHF와 메탄올(CH3OH)을 사용하는 기상식각방법으로 트렌치 구조의 위상 비 반전영역(26)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 2E, after the second photoresist 24 pattern is removed in sulfuric acid, the exposed quartz substrate 20 is etched using anhydrous HF or BHF using the chromium layer 21 pattern as an etching mask. The gas phase etching method using methanol (CH 3 OH) forms the phase ratio inversion region 26 of the trench structure.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 레벤슨형 위상반전마스크의 제조방법을 나타낸 단면도로서, 도 2a 내지 도 2c의 공정을 통하여 제조한 기판을 무수(anhydrous) HF 또는 BHF와 메탄올(CH3OH)을 사용하는 기상식각방법으로 트렌치 구조의 위상 반전영역(25)을 형성하고, 트렌치 구조의 위상 비 반전영역(26)은 프루오린계 가스인 CF4,SF4,또는CHF3로 이루어진 군 중 선택적인 어느 하나를 사용하여 건식식각하여 형성한다.FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing method of a Levenson type phase inversion mask according to a second embodiment of the present invention, wherein a substrate prepared through the process of FIGS. 2A to 2C is prepared using anhydrous HF or BHF and methanol (CH The phase inversion region 25 of the trench structure is formed by a gas phase etching method using 3 OH), and the phase ratio inversion region 26 of the trench structure is composed of CF 4, SF 4, or CHF 3 , which is a fluorine-based gas. It is formed by dry etching using any one of the groups.
본 발명은 위상반전층 패턴을 형성하는 식각공정에서 기상식각방법을 이용함으로써 크롬 반사방지막의 손실이 없으며 매우 평탄한 식각기판을 갖는 위상반전마스크를 얻을 수 있었다.According to the present invention, a phase inversion mask having a very flat etching substrate without loss of a chromium antireflection film can be obtained by using a vapor phase etching method in an etching process of forming a phase inversion layer pattern.
본 발명에 의한 위상반전마스크는 위상 반전영역이 형성된 영역과 상기 노출된 기판 영역을 투과한 광이 180°의 위상차를 갖도록 하는 것이 가장 바람직하다.The phase inversion mask according to the present invention is most preferably such that the light having passed through the exposed region of the substrate and the region in which the phase inversion region is formed has a phase difference of 180 °.
상술한 바와 같이 본 발명의 레벤슨형 위상반전마스크 제조방법은 크롬 반사방지막의 손실의 발생을 억제할 수 있으며 거칠기가 없는 기판표면을 얻을 수 있어 해상도를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.As described above, the Levenson type phase inversion mask manufacturing method of the present invention can suppress the loss of the chromium antireflection film and obtain a substrate surface without roughness, thereby improving the resolution.
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Legal Events
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| A201 | Request for examination | ||
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