KR20060006541A

KR20060006541A - 림 타입 위상 반전 마스크 제조방법.

Info

Publication number: KR20060006541A
Application number: KR1020040055622A
Authority: KR
Inventors: 허성민; 윤기성
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-07-16
Filing date: 2004-07-16
Publication date: 2006-01-19

Abstract

위상 반전 마스크(phase shift mask)를 사용하여 반도체 미세 패턴을 구현하기 어렵고, 또한, 이원화 마스크(binary)로 구현할 때 마스크의 성능이 떨어지는 마스크 CD(critical dimension) 영역인 데드존(dead zone)에 적합한 림(rim) 형태의 위상 반전 마스크 제조 방법에 있어서, 먼저, 석영 기판 상에 라인 형상인 크롬 패턴과 예비 위상 반전 영역을 형성한다. 이어서, 상기 크롬 패턴의 양측 면에 스페이서를 형성한다. 이어서, 상기 스페이서와 크롬 패턴을 식각마스크로 이용하여 상기 석영 기판을 식각하여 위상 반전 영역을 형성한다. 상기 스페이서를 제거하여 림 영역을 드러내는 림(rim) 형태의 위상 반전 마스크 제조한다. 중첩 정렬도 문제와 차징(charging) 문제가 발생하지 않는다. 또한, 스페이서를 이용한 림 영역의 크기를 조절하므로 정밀한 임계치수의 제어가 가능하다.

Description

림 타입 위상 반전 마스크 제조방법.{METHOD FOR MANUFACTURING PHASE SHIFT MASK OF RIM TYPE}

도 1 내지 도 3은 종래의 림(rim) 형태의 위상 반전 마스크의 형성방법을 설명하기 위하여 도시된 단면도들이다.

도 4는 KrF(248㎚) 광원과 위상 반전 마스크인 CPL(crless phase lithography)용 마스크를 사용하여 라인 & 스페이스의 반도체 미세 패턴을 구현할 때 Mask CD와 Wafer CD의 상관관계를 설명하기 위한 그래프이다.

도 5 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 림 형태의 위상 반전 마스크의 제조 방법을 설명하기 위하여 도시된 단면도들이다.

도 10은 이원 마스크, Attenuated 형태의 위상 반전 마스크, 및 림 형태의 위상 반전 마스크를 사용할 때 웨이퍼에서 광의 강도(Intensity)의 프로파일을 설명하기 위한 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10, 100 : 석영 기판 12, 102 : 크롬 패턴

14, 108 : 위상 반전 영역 16 : 포토레지스트

16a, 104 : 포토레지스트 패턴 18, 110 : 림 영역

20, 112 : 림 형태의 위상 반전 마스크

106 : 스페이서용 물질 106a : 스페이서

104 : 예비 위상 반전 영역

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

반도체 장치의 패턴이 미세해짐에 따라 그 중요성이 커지고 있는 것들 중의 하나가 포토마스크이다. 반도체 장치의 크기는 포토리소그라피(photolithography)의 해상능력에 의해서 결정되고, 리소그라피 공정의 해상력은 대부분 노광 장치의 광원에 의존한다. 그러나, 노광 장치의 개발 속도가 반도체 장치의 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 초점심도 폭(focus latitude)이 크기 때문에 미세한 패턴을 안정적으로 얻을 수 있다.

일반적으로 위상 반전 마스크는 여러 가지 형태가 사용되고 있는데, 그 중에 서 라인 & 스페이스 패턴에서, 위상 반전 마스크를 사용하여 미세 패턴을 구현하기 어렵고, 그렇다고, 일반적인 이원화 마스크로 구현할 때 마스크의 성능이 떨어지는 마스크 CD(critical dimension) 영역이 존재하는데 이 영역을 이런 영역을 소위 "데드 존(Dead zone)" 이라 불린다. 이러한 "데드 존(Dead zone)" 에 적합한 것이 림(rim) 형태의 위상 반전 마스크이다.

도 1을 참조하면, 석영 기판 상에 크롬을 증착하여 크롬 층을 형성한다. 이어서, 상기 크롬층 상에 포토레지스트(도시하지 않음)를 도포한다. 이어서, 상기 포토레지스트를 전자선(e-beam)을 이용한 사진 공정으로 라인 형상의 포토레지스트 패턴(도시하지 않음)을 형성한다. 이어서, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 크롬 층을 식각하여 라인 형상의 제1 크롬패턴(12)을 형성한다. 이어서, 제1 크롬 패턴(12)을 식각마스크로 이용하여 석영 기판(10)을 식각하여 위상 반전 영역(14)을 형성한다. 이어서, 식각된 석영 기판(10) 상에 제1 크롬 패턴(12)을 덮도록 포토레지스트(16)를 도포한다.

도 2를 참조하면, 포토레지스트(16)를 전자선(e-beam)을 이용한 사진 공정으로 림(rim)영역을 한정하는 포토레지스트 패턴(16a)을 형성한다.

도 3을 참조하면, 포토레지스트 패턴(16a)을 식각마스크로 사용하여 크롬 패턴(12)을 식각하여 제2 크롬 패턴과 림(rim)영역(18)을 형성한다. 이어서, 포토레지스트 패턴(16a)을 제거한다. 이로써, 림(rim) 형태의 위상 반전 마스크(20)를 완 성한다.

상술한 종래의 림 형태의 위상 반전 마스크을 형성하는 방법은 두 번의 전자선(e-beam) 노광 공정과 그에 따른 식각 공정을 거쳐 제조된다. 이러한 방법에서는 전자선 노광 공정간의 중첩 정렬도 문제가 있으며, 또한 전자선((e-beam) 노광 공정 중에 석영 기판에 의한 차징(charging) 문제가 발생하여 원하는 림(rim)의 형태를 만들 수 없다.

또 다른 방법은 도 1에서 보여주듯이 식각된 석영 기판(10) 상에 제1 크롬 패턴(12)을 덮도록 포토레지스트(16)를 도포한 후에 레이저를 이용하여 석영 기판(10)의 이면에서 노광 공정을 수행하는 프러드 노광(flood exposure) 방법이 있다.

상기의 방법은 중첩 정렬도 문제를 해결가능하나, 해상도의 한계에 직면하게 된다.

이러한 문제들을 해결하기 위하여 대한민국 공개특허공보 제2003-0054070에서 림(rim) 형태의 위상반전 마스크 제조방법에 관한 것으로서, 크롬층의 측벽에 스페이서를 형성하여 림 영역의 임계치수 균일도를 향상시키고 정밀한 임계치수 제어하는 방법이 개시되어 있다.

본 발명의 목적은 상기의 종래 기술이 가지는 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 미스 얼라인과 차징 문제가 해결된 림(rim) 형태의 위상 반전 마스크 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 위상 반전 마스크(phase shift mask)를 사용하여 반도체 미세 패턴을 구현하기 어렵고, 또한, 이원화 마스크(binary)로 구현할 때 마스크의 성능이 떨어지는 마스크 CD(critical dimension) 영역인 데드존(dead zone)에 적합한 림 형태의 위상 반전 마스크 제조 방법에 있어서, 먼저, 석영 기판 상에 라인 형상인 크롬 패턴과 예비 위상 반전 영역을 형성한다. 이어서, 상기 크롬 패턴의 양측 면에 스페이서를 형성한다. 이어서, 상기 스페이서와 크롬 패턴을 식각마스크로 이용하여 상기 석영 기판을 식각하여 위상 반전 영역을 형성한다. 이어서, 상기 스페이서를 제거하여 림(rim)영역을 노출시켜 림(rim) 형태의 위상 반전 마스크 제조한다.

본 발명에 의하면, 림(rim) 형태의 위상 반전 마스크를 제조할 때, 중첩 정렬도 문제와 차징(charging) 문제가 발생하지 않는다. 또한, 스페이서를 이용한 림 영역의 크기를 조절하므로 정밀한 임계치수의 제어가 가능하다.

다음에, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4을 참조하면, X축은 Mask CD(critical dimension)의 크기를 나타낸다. Y축은 Wafer CD를 나타낸다. 그래프에서 보이듯이, 상기 Mask CD의 크기에 따른 Wafer CD의 변화는 3 영역으로 구분된다.

제1 영역(a)은 Mask CD의 크기에 따른 Wafer CD의 변화가 포지티브 기울기를 갖는다. 제2 영역(b)은 Mask CD의 크기에 따른 Wafer CD의 변화가 없는 영역이다. 제 3영역(c)은 Mask CD의 크기에 따른 Wafer CD의 변화가 네가티브 기울기를 갖는다

상기 제1 영역은 위상 반전 마스크인 CPL(crless phase lithography)용 마스크로 미세 패턴을 구현할 수 있는 영역이며, 제3영역은 위상 반전 마스크인 CPL(crless phase lithography)용 마스크로 미세 패턴을 구현 할 수 없는 영역으로 구분된다. 그러므로, 제1 영역은 위상 반전 마스크를 사용하고, 제3영역은 일반적인 이원 마스크(binary mask)를 사용할 때 좋은 마스크 성능을 얻는다.

그러나, 제2 영역은 위상 반전 마스크인 CPL(crless phase lithography)용 마스크로 미세 패턴을 구현 할 수 없고, 일반적인 이원 마스크를 사용하기에 마스크 성능이 떨어지는 영역이다. 이런 영역을 상술한 바와 같이 소위 "데드 존(Dead zone)" 이라 불린다. KrF(248㎚) 광원를 사용한 경우 Mask CD가 대략 90 내지 120㎚이다.

물론, 미 도시하였지만, ArF(193㎚) 광원을 사용할 경우에도 데드 존(Dead zone)이 발생된다.

그러므로, 이런 영역에서 마스크 성능을 향상시키기 위하여 림 형태의 위상 반전 마스크를 적용하면, Mask CD의 크기에 따른 Wafer CD의 변화를 제1 영역과 동일하게 포지티브 기울기로 변화시켜 미세 패턴을 구현할 수 있고, 마스크 성능을 향상시킨다.

도 5를 참조하면, 석영 기판 상에 라인 형상인 크롬 패턴과 예비 위상 반전 영역을 형성한다. 구체적으로, 석영 기판(100) 위에 크롬을 증착하여 크롬 층을 형성한다, 이어서, 상기 크롬층 상에 포토레지스트(도시하지 않음)를 도포한다. 이어서, 상기 포토레지스트를 전자선(e-beam)을 이용한 사진 공정으로 포토레지스트 패턴(도시하지 않음)을 형성한다. 이어서, 상기 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 이용하여 석영 기판(100) 상에 라인 형상인 크롬 패턴(102)과 예비 위상 반전 영역(104)을 형성한다.

도 6을 참조하면, 크롬 패턴(102)과 예비 위상 반전 영역(104)이 형성된 석영 기판(100) 상에 스페이서용 물질(104)을 증착한다. 스페이서용 물질(104)은 다결정 실리콘, 산화막, 및 질화막으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 증착하여 형성된다. 상기 스페이서용 물질(104)은 바람직하게 다결정 실리콘을 증착한다.

도 7을 참조하면, 스페이서용 물질(104)을 이방성 식각으로 상기 크롬 패턴의 양측 면에 스페이서(104a)를 형성한다. 이 때, 석영 기판(100) 상에 남는 다결정 실리콘을 완전히 제거하기 위하여 약간의 과도 식각(over etch)을 실시할 수 있다. 또한, 다결정 실리콘의 증착 두께와 스페이서(106a)의 크기를 조절하여 후속에 형성될 림 영역의 정밀한 크기 조절이 가능하다.

도 8을 참조하면, 스페이서(106a)와 크롬 패턴(102)을 식각마스크로 이용하여 석영 기판(100)을 식각하여 위상 반전 영역(108)을 형성한다. 즉 위상 반전 영역(108)을 통과하는 빛은 위상이 180° 반전된다.

도 9를 참조하면, 스페이서(106a)를 제거하여 림 영역(110)을 노출시킨다. 이로써, 림(rim) 형태의 위상 반전 마스크(112)를 완성한다.

<본 발명의 실시예에 따른 림(rim) 형태의 위상 반전 마스크와 이원 마스크와 Attenuated 형태의 위상 반전 마스크의 성능에 대한 시뮬레이션(simulation) 결과>

시뮬레이션을 위한 인풋(in-put) 인자는 다음과 같다.

크롬 패턴의 CD; 100㎚,

라인(Line)/스페이스(Space)의 비율: 1:2,

광원; KrF(248㎚),

조명계; annular 사입사 조명계,

σ=0.67/0.92 이다.

상술한 인풋(in-put) 인자와 각 각의 마스크를 사용하여 시뮬레이션을 수행한 결과를 도 10에서 설명하였다.

도 d는 림 형태의 위상 반전 마스크의 광의 강도(Intensity)의 프로파일을 설명하기 위한 그래프이다. 도 e는 Attenuated 형태의 위상 반전 마스크의 광의 강도(Intensity)의 프로파일을 설명하기 위한 그래프이다. 도 f는 이원 마스크의 광의 강도(Intensity)의 프로파일을 설명하기 위한 그래프이다.

상기 도 10에서 각 각의 마스크에 대한 NILS(normalized image log slope)을 식 1을 이용한 계산 결과를 표 1에 나타내었다. NILS는 각 각의 마스크의 성능을 나타낸다.

I = 광의 Intensity

W = 크롬 패턴의 CD

	이원 마스크	Attenuated 위상 반전 마스크	림 형태의 위상 반전 마스크
NILS	0.99	1.38	2.26

표 1을 참조하면, 림 형태의 위상 반전 마스크의 NILS 값이 2.26으로 다른 마스크에 비하여 상대적으로 높다. 결과적으로, 림 형태의 위상 반전 마스크가 다른 마스크에 비하여 성능이 양호함을 알 수 있다.

본 발명에 따르면, 림(rim) 형태의 위상 반전 마스크를 제조할 때, 중첩 정렬도 문제와 차징(charging) 문제가 발생하지 않는다. 또한, 스페이서를 이용한 림 영역의 크기를 조절하므로 정밀한 임계치수의 제어가 가능하다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기 술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

위상 반전 마스크(phase shift mask)를 사용하여 반도체 미세 패턴을 구현하기 어렵고, 또한, 이원화 마스크(binary)로 구현할 때 마스크의 성능이 떨어지는 마스크 CD(critical dimension) 영역인 데드존(dead zone)에 적합한 림(rim) 형태의 위상 반전 마스크 제조 방법에 있어서,

석영 기판 상에 라인 형상인 크롬 패턴과 예비 위상 반전 영역을 형성하는 단계;

상기 크롬 패턴의 양측 면에 스페이서를 형성하는 단계;

상기 스페이서와 크롬 패턴을 식각마스크로 이용하여 상기 석영 기판을 식각하여 위상 반전 영역을 형성하는 단계;

상기 스페이서를 제거하여 림 영역을 노출시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 림(rim) 형태의 위상 반전 마스크 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 석영 기판 상에 라인 형상인 크롬 패턴과 예비 위상 반전 영역을 형성하는 단계는,

상기 석영 기판 상에 크롬을 증착하여 크롬층을 형성하는 단계;

상기 크롬층 상에 포토레지스트를 도포하는 단계;

상기 포토레지스트에 전자선(e-beam) 광원을 이용한 사진 공정을 수행하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;

상기 포토레지시트 패턴을 식각마스크로 상기 크롬층을 식각하여 상기 석영 기판 상에 라인 형상인 크롬 패턴과 예비 위상 반전 영역을 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 림(rim) 형태의 위상 반전 마스크 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 스페이서를 형성하는 단계는,

상기 크롬 패턴과 상기 예비 위상 반전 영역이 형성된 석영 기판 상에 스페이서용 물질을 증착하는 단계;

상기 스페이서용 물질을 이방성 식각으로 상기 크롬 패턴의 양측 면에 스페이서를 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 림(rim) 형태의 위상 반전 마스크 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 스페이서용 물질은 다결정 실리콘, 산화막, 및 질화막으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 증착하여 형성되는 것을 특징으로 하는 림(rim) 형태의 위상 반전 마스크 제조방법.