KR20060068645A - 위상 반전 마스크의 제조 방법 - Google Patents

위상 반전 마스크의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 위상 반전 마스크의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히, 전체 제조 공정을 단순화시킬 수 있으며, CD의 조절을 용이하게 할 수 있는 위상 반전 마스크의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 위상 반전 마스크의 제조 방법은 마스크 기판 상에 위상 반전막 및 광차단막을 순차 형성하는 단계, 상기 광차단막 위에 광투과 영역을 정의하는 제 1 감광막 패턴을 형성하는 단계, 상기 제 1 감광막 패턴을 마스크로 상기 광차단막의 소정 두께를 식각하는 단계, 상기 제 1 감광막 패턴을 제거하는 단계, 상기 제 1 감광막 패턴이 제거된 광차단막 위에 광차단 영역을 정의하는 제 2 감광막 패턴을 형성하는 단계, 상기 제 2 감광막 패턴을 마스크로 상기 광투과 영역에 잔류하는 광차단막 및 위상 반전막과, 위상 반전 영역에 있는 상기 광차단막을 식각·제거하는 단계, 및 상기 제 2 감광막 패턴을 제거하는 단계를 포함한다.
위상 반전 마스크, 위상 반전막, 광차단막, 식각 선택비

Description

위상 반전 마스크의 제조 방법{Method for manufacturing a phase shift mask}
도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따라 위상 반전 마스크를 제조하는 공정 순서도이다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 반전 마스크의 제조 공정을 나타낸 공정 순서도이다.
-- 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 --
100 : 마스크 기판 102 : 위상 반전막
104 : 광차단막 106 : 제 1 감광막 패턴
108 : 제 2 감광막 패턴 "가" : 광투과 영역
"나" : 위상 반전 영역 "다" : 광차단 영역
본 발명은 위상 반전 마스크의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히, 전체 제조 공정을 단순화시킬 수 있으며, CD의 조절을 용이하게 할 수 있는 위상 반전 마스크의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 집적 회로의 제조 공정 중에서 사용되는 각종 패턴들은 포토리소그래피 기술에 의해 형성된다. 하지만, 패턴들의 해상도는 집적회로의 집적도가 증가하면서 서로 인접하는 패턴들간의 근접효과(proximity effect)에 의해 급격히 저하된다. 예를 들어 통상적인 투영 노광장치를 이용하여 소자의 패턴들을 형성할 경우, 광의 회절에 의해 패턴의 모서리가 둥글어지게 되는 문제점이 있었다. 이 때문에, 레벤슨(Levenson)은 위상 반전(phase shifter) 패턴이 포함된 위상 반전 마스크를 고안하여 패턴의 해상도를 높임으로써 보다 미세한 소자의 패턴을 형성할 수 있게 하였다.
이러한 위상 반전 마스크를 이용하는 반도체 소자의 패턴 형성 방법은 마스크 기판의 투광부를 통과한 광에 대하여 위상 반전 영역을 통과한 광이 역위상이 되도록 하는데, 이 때 광이 서로 간섭 효과를 야기시켜 패턴의 경계 부분에서 광의 강도가 "0"으로 되어 해상도를 증가시킨다.
한편, 반도체 제조 공정에서 위상 반전 마스크는 크게 두 종류로 구분된다. 첫 번째는 기판(quartz) 위에 크롬(Cr) 등의 광 차단막을 형성하여 입사되는 광을 투과 또는 차단함으로서 포토레지스트 노광 공정시 화학적 변화를 주는 바이너리 마스크이다. 두 번째는 MoSiN 등의 위상 반전 물질을 사용하여 투과율과 위상차의 다름을 이용하여 해상도를 향상시킨 위상차 마스크이다. 이러한 위상차 마스크는 바이너리 마스크에 비하여 제조 공정과 시간이 오래 걸리고 패터닝 작업을 많이 함 에 따라 결함 확률도 증가하고 결과적으로 많은 검사와 세정 공정을 거치게 된다.
하지만, 반도체 디자인 룰이 점점 축소되는 추세에 노광 광원이 이에 상응하여 미세화된 패턴을 제조하는데 한계가 있다. 그러므로 마스크 기술을 이용하여 분해능을 향상시킬 수밖에 없기 때문에 바이너리 마스크보다는 위상차 마스크의 제작이 필수적이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 종래 기술에 의한 위상 반전 마스크의 제조 방법 및 그 문제점에 대해 상술하기로 한다. 도 1a 내지 도 1d는 종래 기술에 따라 위상 반전 마스크를 제조하는 공정 순서도이다.
우선, 도 1a에 도시된 바와 같이, 마스크 기판(100) 위에 MoSiN 등의 위상 반전막(102)을 형성한다. 그 위에 크롬(Cr) 등과 같은 광 차단막(104)과 감광막을 순차 형성한다. 그리고, 상기 감광막에 대해 전자빔(e-beam)을 이용한 노광 및 현상 공정을 진행하여, 위상 반전 마스크의 광투과 영역("가")을 정의하는 제 1 감광막 패턴(106)을 형성한다. 이러한 제 1 감광막 패턴(106)은 위상 반전 마스크의 광투과 영역("가")을 개방하고, 다른 영역은 차폐하고 있다.
이후, 도 1b에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 제 1 감광막(106) 패턴을 마스크로 이에 의해 개방된 하부의 광차단막(104)을 식각함으로서, 상기 광차단막(104)을 패터닝한다. 그리고 나서, 상기 패터닝된 광차단막(104)을 마스크로 위상 반전막(102)을 식각하여 이를 패터닝한다.
다음으로, 상기 광차단막(104) 위에 잔류하는 제 1 감광막 패턴(106)을 제거하고 나서, 도 1c에서 볼 수 있는 바와 같이, 위상 반전 마스크의 광차단 영역(" 다")을 정의하는 제 2 감광막 패턴(108)을 상기 광차단막(104) 위에 형성한다. 이러한 제 2 감광막 패턴(108)은 상기 제 1 감광막 패턴(106)과 마찬가지로 감광막에 대해 전자빔(e-beam)을 이용한 노광 및 현상 공정을 진행하여 형성하며, 상기 광차단 영역("다")을 차폐하고 나머지 영역을 개방하고 있다.
그리고 나서, 상기 제 2 감광막 패턴(108)을 마스크로 하여, 이에 의해 개방된 영역 중 위상 반전 영역("나")에 잔류하는 광차단막(104)을 모두 식각·제거한다. 이후, 상기 광차단막(104) 위에 잔류하는 상기 제 2 감광막 패턴(108)을 제거함으로서, 도 1d에서 볼 수 있는 바와 같은 최종적인 위상 반전 마스크가 제조된다. 이러한 위상 반전 마스크에서는 상기 광차단 영역("다")에 위상 반전막(102) 및 광차단막(104)이 잔류하고 있고, 상기 위상 반전 영역("나")에 위상 반전막(102)이 잔류하고 있으며, 이를 제외한 광투과 영역("가")에는 상기 위상 반전막(102) 및 광차단막(104)이 모두 제거되어 있다.
그런데, 상기 종래 기술에 의한 위상 반전 마스크의 제조 방법에 있어서는, 2 차례에 걸친 광차단막(104)의 식각 단계 및 1 차례의 위상 반전막(102)에 대한 식각 단계 등 총 3 단계의 식각 단계를 포함하게 됨으로서, 전체적인 제조 공정이 복잡해지는 문제점이 있었다.
또한, 상기 종래 기술에서는, 상기 위상 반전막(102), 광차단막(104) 및 감광막의 3 개층이 모두 적층된 상태에서 전자빔 노광 장치을 사용하여 상기 감광막을 패터닝하고, 이러한 감광막 패턴을 마스크로 상기 위상 반전막(102) 및 광차단막(104) 패터닝하게 되므로, 상기 3개층의 적층 구조에 의한 큰 단차와 상기 전자 빔 노광 장치의 해상도의 한계로 인해 최하부의 위상 반전막 패턴의 CD를 조절하는데 어려움이 있었으며, 이 때문에 위상 반전 마스크의 보다 미세한 패턴을 구현하는데 한계가 있었던 것이 사실이다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 위상 반전막 패턴의 CD 조절을 용이하게 할 수 있어서 위상 반전 마스크 상에 미세한 패턴을 구현할 수 있도록 하는 동시에, 전체 제조 공정이 단순화된 위상 반전 마스크의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 마스크 기판 상에 위상 반전막 및 광차단막을 순차 형성하는 단계, 상기 광차단막 위에 광투과 영역을 정의하는 제 1 감광막 패턴을 형성하는 단계, 상기 제 1 감광막 패턴을 마스크로 상기 광차단막의 소정 두께를 식각하는 단계, 상기 제 1 감광막 패턴을 제거하는 단계, 상기 제 1 감광막 패턴이 제거된 광차단막 위에 광차단 영역을 정의하는 제 2 감광막 패턴을 형성하는 단계, 상기 제 2 감광막 패턴을 마스크로 상기 광투과 영역에 잔류하는 광차단막 및 위상 반전막과, 위상 반전 영역에 있는 상기 광차단막을 식각·제거하는 단계, 및 상기 제 2 감광막 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 위상 반전 마스크의 제조 방법을 제공한다.
상기 본 발명에 의한 위상 반전 마스크의 제조 방법에 있어서, 상기 광투과 영역에 잔류하는 광차단막 및 위상 반전막과, 위상 반전 영역에 있는 광차단막을 식각·제거하는 단계는, 상기 광차단막과 위상 반전막의 식각 선택비를 이용하여 상기 광차단막 및 위상 반전막을 식각함으로서 진행할 수 있다.
즉, 이전의 식각 공정을 통해 광투과 영역에서는 얇은 두께의 광차단막만이 잔류하게 되고, 위상 반전 영역에서는 최초 적층된 두께의 광차단막이 모두 잔류하므로, 위상 반전막이 광차단막에 비해 식각율이 높은 특성을 이용하여, 상기 광투과 영역 및 위상 반전 영역에 잔류하는 모든 광차단막 및 위상 반전막에 대해 동일한 조건으로 식각을 진행함으로서, 상기 광투과 영역에 잔류하는 광차단막 및 위상 반전막을 모두 제거하는 동시에, 위상 반전 영역에 있는 광차단막만을 선택적으로 제거할 수 있다.
또한, 상기 본 발명에 의한 위상 반전 마스크의 제조 방법에서, 상기 광차단막은 크롬층으로 형성되고, 상기 위상 반전막은 MoSiN막으로 형성될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 위상 반전 마스크의 제조 방법에 대해 상세하게 설명하고자 한다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 반전 마스크의 제조 공정을 나타낸 공정 순서도이다.
우선, 도 2a에 도시된 바와 같이, 석영으로 이루어진 마스크 기판(100) 위에 MoSiN 등의 위상 반전막(102)을 형성한다. 그 위에 크롬(Cr) 등과 같은 광 차단막(104)과 감광막을 순차 형성한다. 그리고, 상기 감광막에 대해 전자빔(e-beam)을 이용한 노광 및 현상 공정을 진행하여, 위상 반전 마스크의 광투과 영역("가")을 정의하는 제 1 감광막 패턴(106)을 형성한다. 이러한 제 1 감광막 패턴(106)은 위상 반전 마스크의 광투과 영역("가")을 개방하고, 다른 영역은 차폐하고 있다.
이후, 도 2b에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 제 1 감광막(106) 패턴을 마스크로 하여, 이에 의해 개방된 상기 광차단막(104)의 소정 두께를 식각한다. 그 결과, 상기 제 1 감광막 패턴(106)에 의해 개방된 광투과 영역("가")에는 다른 영역보다 얇은 두께의 광차단막(104) 만이 잔류하며, 이러한 광차단막(104)의 잔류 두께는, 추후의 식각 공정에서, 이러한 잔류 두께의 광차단막(104)과 그 하부의 위상 반전막(102)이 식각·제거되는 동안, 다른 영역(예를 들어, 위상 반전 영역)에서는 최초 적층된 두께의 광차단막(102) 모두가 식각·제거될 수 있는 정도의 두께로 된다. 상기 광차단막(104)에 대한 식각 공정의 구체적인 조건과 상기 광차단막(104)의 잔류 두께는 광차단막(102)과 위상 반전막(104)의 식각율과, 광차단막(102)의 최초 적층 두께 등을 고려하여 당업자가 자명하게 결정할 수 있다.
한편, 상기 광차단막(103)에 대한 식각 공정을 진행한 후에는, 도 2c에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 광차단막(104) 위에 잔류하는 제 1 감광막 패턴(106)을 제거한다.
그리고 나서, 도 2d에서 볼 수 있는 바와 같이, 위상 반전 마스크의 광차단 영역("다")을 정의하는 제 2 감광막 패턴(108)을 상기 광차단막(104) 위에 형성한 다. 이러한 제 2 감광막 패턴(108) 역시 상기 제 1 감광막 패턴(106)과 마찬가지로 감광막에 대해 전자빔(e-beam)을 이용한 노광 및 현상 공정을 진행하여 형성하며, 상기 광차단 영역("다")을 차폐하고 나머지 영역을 개방하고 있다.
이후, 상기 제 2 감광막 패턴(108)을 마스크로 하여, 이에 의해 개방된 영역에 잔류하는 광차단막(104) 및 위상 반전막(102)을 동일 조건 하에서 식각한다. 이러한 식각 공정은 상기 제 2 감광막 패턴(108)에 의해 개방된 영역 중, 상기 광투과 영역("가")에 얇은 두께로 잔류하는 광차단막(104)과 그 하부의 위상 반전막(102)이 완전히 제거될 수 있는 조건으로 진행한다. 그 결과, 광차단막(104)과 위상 반전막(102)의 식각 선택비 및 상기 광투과 영역("가")에 잔류하는 광차단막(104)의 얇은 두께로 인하여, 상기 광투과 영역("가")의 광차단막(104) 및 위상 반전막(102)이 완전히 식각·제거되는 동시에, 상기 제 2 감광막 패턴(108)에 의해 개방된 영역 중 상기 광투과 영역("가")을 제외한 위상 반전 영역("나")에서는 광차단막(104)만이 선택적으로 식각·제거된다.
그 결과, 제 2 감광막 패턴(108)에 의해 차폐된 광차단 영역("다")에는 광차단막(104)과 위상 반전막(102) 모두가 잔류하고 있으며, 상기 광투광 영역("가")에서는 상기 광차단막(104)과 위상 반전막(102) 모두가 제거되고, 상기 위상 반전 영역("나")에는 광차단막(104)만이 선택적으로 제거되어, 위상 반전막(102) 만이 잔류하고 있다.
이후, 도 2e에서 볼 수 있는 바와 같이, 상기 광차단막(104) 상에 잔류하는 제 2 감광막(108) 패턴을 제거하면, 최종적인 위상 반전 마스크가 제조된다.
즉, 이러한 본 발명에 따르면, 광차단막(104)의 1 차적인 식각 공정과, 광차단막(104) 및 위상 반전막(102)의 2 차적인 식각 공정 등 2 단계의 식각 공정만을 진행하여 위상 반전 마스크를 제조할 수 있으므로, 종래 기술에 비해 공정 단계가 단순화된다.
또한, 전자빔의 해상도에 따라 감광막을 패터닝한 후 이러한 감광막 패턴에 따라 최하부의 위상 반전막(102) 패턴의 CD 까지를 조절하는 것이 아니라, 광차단막(104)과 위상 반전막(102)의 단순한 식각 선택비를 통하여 상기 위상 반전막(102) 패턴의 CD를 조절하게 되므로, 위상 반전막(102) 패턴의 CD를 조절하기가 극히 용이하게 되며, 이에 따라, 전자빔 노광 장치의 해상도의 한계에도 불구하고, 위상 반전 마스크에 보다 미세한 패턴을 구현할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면 위상 반전막 패턴의 CD 조절을 용이하게 할 수 있어서 위상 반전 마스크 상에 보다 미세한 패턴을 구현할 수 있는 동시에, 위상 반전 마스크의 제조 공정이 크게 단순화된다.

Claims (3)

  1. 마스크 기판 상에 위상 반전막 및 광차단막을 순차 형성하는 단계,
    상기 광차단막 위에 광투과 영역을 정의하는 제 1 감광막 패턴을 형성하는 단계,
    상기 제 1 감광막 패턴을 마스크로 상기 광차단막의 소정 두께를 식각하는 단계,
    상기 제 1 감광막 패턴을 제거하는 단계,
    상기 제 1 감광막 패턴이 제거된 광차단막 위에 광차단 영역을 정의하는 제 2 감광막 패턴을 형성하는 단계,
    상기 제 2 감광막 패턴을 마스크로 상기 광투과 영역에 잔류하는 광차단막 및 위상 반전막과, 위상 반전 영역에 있는 광차단막을 식각·제거하는 단계, 및
    상기 제 2 감광막 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 위상 반전 마스크의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광투과 영역에 잔류하는 광차단막 및 위상 반전막과, 위상 반전 영역에 있는 광차단막을 식각·제거하는 단계에서는, 상기 광차단막과 위상 반전막의 식각 선택비를 이용하는 위상 반전 마스크의 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 광차단막은 크롬층으로 형성되고, 상기 위상 반전막은 MoSiN막으로 형성되는 위상 반전 마스크의 제조 방법.
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